Устройство для передачи поперечных горизонтальных сил от кузова на две тележки транспортного средства

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к устройствам для передачи поперечных горизонтальных сил от кузова на две тележки транспортного средства. Устройство выполнено в виде совокупности двух угловых рычагов 4 и 5 и трех штанг 7, 8 и 9, расположенных в горизонтальной плоскости и шарнирно соединенных. Угловые рычаги закреплены на кузове своими средними шарнирами 6 с возможностью только вращения относительно вертикальных осей, а крайними шарнирами соединены со штангами, одна из которых, расположенная продольно, соединяет между собой поперечные плечи рычагов, а две поперечные штанги - продольные плечи рычагов с тележками. Штанги механизма или узлы их шарнирного крепления на тележках могут быть выполнены деформируемыми путем включения в них упруго-диссипативных элементов 12, 13. Технический результат - уменьшение веса устройства и улучшение его динамических характеристик. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к колесному (в частности, железнодорожному) транспорту и касается устройств, соединяющих тележки с кузовом железнодорожных транспортных средств.

Известно устройство, используемое для передачи поперечных сил от кузова на две тележки железнодорожного экипажа, состоящее из узла балансированной связи кузова с двумя тележками, выполненное в виде Н-образной поперечно расположенной рамы, консольные участки которой соединены с боковинами рам тележек, средняя часть (основная балка) размещена в продольной плоскости симметрии экипажа, а на середине этой балки размещен подпятник, на который опирается пята кузова (Патент ФРГ №2919635, кл. В 61 F 3/10).

Недостатком этой конструкции является большой вес, так как поперечные нагрузки от кузова через пятниковый узел передаются на тележки балансиром балочного типа, т.е. элементом, работающим на изгиб. Кроме того, такая конструкция обусловливает высокую жесткость поперечной балансированной связи кузова с тележками, из-за чего динамические качества железнодорожного транспортного средства при движении с высокими скоростями оказываются неудовлетворительными.

Известно также устройство, используемое для передачи поперечных горизонтальных сил от кузова на две тележки железнодорожного транспортного средства, состоящее из узла балансированной связи кузова с двумя тележками, выполненного в виде балансирной балки, размещенной на уровне нижнего габаритного очертания и соединенной шарнирно серединой со шкворнем кузова, а по концам - со шкворнями тележек (Авторское свидетельство СССР №863447, кл. B 61 F 3/04).

Недостатком данного устройства, как и предыдущего аналога, является большой вес устройства, так как поперечная сила, передаваемая от кузова на тележки, достигает 100-150 кН, а распределяется она между тележками балансиром балочного типа, т.е. работающим на изгиб; длина же такой балки весьма велика, поскольку этот балансир связывает между собой шарниры, расположенные в центрах тележек. Кроме этого, отсутствие упругих элементов в данном устройстве обусловливает низкие динамические качества железнодорожного транспортного средства, выражающиеся повышенным воздействием на путь, большими ускорениями кузова и высокой динамической нагруженностью несущих элементов кузова и тележек.

Известно устройство для передачи поперечных горизонтальных сил от кузова на две тележки транспортного средства, имеющего по крайней мере три (преимущественно четыре) тележки под одним жестким кузовом, выполненное в виде четырех ортогонально закрепленных на кузове блоков, охваченных гибкой связью, два поперечных участка которой закреплены на соответствующих тележках, а продольные участки соединены друг с другом в поперечном направлении посредством натяжного приспособления. Необходимым условием обеспечения поперечной горизонтальной подвижности кузова относительно тележек на некоторую величину является превышение общей длины замкнутой петли гибкой связи по сравнению с минимальным периметром натяжения на величину, четырехкратно превышающую указанную величину поперечного горизонтального перемещения кузова на тележках (Авторское свидетельство СССР №1687487, кл. B 61 F 5/02).

Недостаток данного аналога - практическая невозможность создания надежного устройства при указанных особенностях его схемы. Масса колеблющегося узла этого устройства, складываясь из масс упругого элемента, натяжных роликов и части тросов, в сумме составляет несколько десятков килограммов, а амплитуда его перемещений приблизительно на порядок больше амплитуды перемещений кузова на тележках. Внутренние динамические силы в устройстве при таких параметрах будут, очевидно, весьма велики. Этим и определяется очень большая сложность создания надежно работающего устройства по указанной схеме.

Более близким к заявляемому по технической сущности устройством, выбранным в качестве прототипа, является аналогичное, также выполненное без применения узла балансированной связи тележек с кузовом в виде мостовой балки. В данном устройстве этот узел балансированной связи выполнен в виде гибкого звена из нерастяжимой нити, имеющего форму замкнутой петли, расположенной в горизонтальной плоскости и охватывающей четыре ролика, установленных на кузове с возможностью вращения относительно вертикальных осей, причем указанная петля имеет два поперечных участка, расположенных в поперечных плоскостях, проходящих через центры тележек, с которыми соединены соответствующие участки петли. Петля выполнена прямоугольной формы, ее два участка расположены вдоль кузова. По крайней мере один из поперечных участков соединен с соответствующей тележкой через промежуточный упругий или упругодиссипативный возвращающий аппарат. Поперечная горизонтальная связь кузова с тележками может быть выполнена с применением возвращающего аппарата, содержащего включенный в поперечный участок жесткий стержень, который соединен с тележкой через упругое звено (Патент РФ №2016797, кл. B 61 F 5/02).

Основной недостаток этой системы - возможность только одинакового распределения по тележкам общей поперечной горизонтальной силы, передаваемой на них от кузова.

Задача изобретения - уменьшение веса устройства для передачи поперечных горизонтальных сил от кузова на две тележки транспортного средства и улучшение его динамических характеристик.

Это достигается тем, что в указанном устройстве для передачи поперечных горизонтальных сил от кузова на две тележки транспортного средства, имеющем преимущественно четыре тележки под одним жестким кузовом, содержащем узел балансированной связи тележек с кузовом, узел поперечной горизонтальной балансированной связи тележек с кузовом выполнен в виде двух угловых рычагов, закрепленных на кузове средними шарнирами с возможностью вращения относительно вертикальной оси и невозможностью других перемещений (например, в виде цилиндрического шарнира с двухсторонним осевым упором), и трех штанг, соединенных шарнирно с рычагами, причем поперечные плечи рычагов связаны штангой, расположенной вдоль транспортного средства, а продольные плечи рычагов связаны с тележками штангами, расположенными горизонтально поперек транспортного средства и шарнирно закрепленными в средней поперечной плоскости тележек. Все штанги заявляемого устройства могут быть выполнены жесткими; в этом случае поперечные штанги могут быть закреплены на тележках шарнирно через установленные на тележках упруго-диссипативные или регулирующие элементы. Возможно также исполнение предлагаемого устройства, при котором по крайней мере одна из соединительных штанг выполнена с изменяемой длиной, например, путем включения в нее упруго-диссипативного или регулируемого элемента. При выполнении одинаковыми взаимно соответствующих плеч рычагов связи кузова с каждой из тележек с помощью предложенного устройства может быть достигнуто равномерное распределение поперечных сил от кузова на тележки.

В предлагаемом устройстве поперечной горизонтальной связи кузова транспортного средства с двумя тележками основные несущие элементы устройства работают на растяжение-сжатие, а не на изгиб, как в известных устройствах - аналогах с балансирующими системами мостового (балочного) типа. Достигаемое этим более равномерное нагружение материала силовых элементов в заявляемом устройстве обусловливает достижение цели изобретения - снижение веса данного узла.

Кроме этого, в предлагаемом устройстве возможно существенное уменьшение общей и приведенной к тележкам массы подвижных элементов, выполнение некоторых из них деформируемыми (в частности, с нелинейной характеристикой и диссипацией), а также простейшим путем - выбором соотношения плеч угловых рычагов - получение практически любого распределения поперечных горизонтальных сил, передаваемых от кузова на тележки. Тем самым достигается вторая цель изобретения - улучшение динамических качеств транспортного средства.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство поперечной горизонтальной связи тележек с кузовом в плане (вид сверху);

на фиг.2 - предлагаемое устройство в поперечном разрезе через центр тележки (по АА фиг.1, повернуто) - вариант с деформируемыми поперечными штангами;

на фиг.3 - то же, вариант с жесткими поперечными штангами и упруго-диссипативными элементами, установленными на тележках.

Предлагаемое устройство для передачи поперечных горизонтальных сил от кузова 1 на две тележки 2 и 3 транспортного средства, имеющего преимущественно четыре тележки под одним жестким кузовом 1, содержащее узел балансированной связи тележек 2 и 3 с кузовом 1, содержит два угловых рычага 4 и 5, закрепленных на кузове средними шарнирами 6 с возможностью вращения относительно вертикальной оси и невозможностью других перемещений (например, в виде цилиндрического шарнира с двухсторонним осевым упором), и три штанги 7, 8 и 9, соединенные шарнирно с рычагами 4 и 5. Поперечные плечи рычагов 4 и 5 связаны штангой 8, расположенной вдоль транспортного средства, а продольные плечи рычагов 4 и 5 связаны с тележками 2 и 3 штангами 7 и 9, расположенными горизонтально поперек транспортного средства и закрепленными на тележках 2 и 3 шарнирами 10 и 11 в средней поперечной плоскости тележек (фиг.2).

Штанги 7, 8 и 9 могут иметь различное исполнение: быть жесткими, т.е. иметь постоянную длину, либо с изменяемой длиной, т.е. упругими на сжатие-растяжение, что достигается включением, например, в штанги 7 и 9 упруго-диссипативных элементов 12 и 13. В них же могут входить и элементы, регулирующие длину штанг 7 и 9. При этом в случае применения жестких штанг 7 и 9, а также отсутствия упругого элемента в штанге 8 упругость поперечной горизонтальной связи кузова 1 с тележками 2 и 3 при сохранении заданного распределения сил между ними может быть достигнута, например, установкой упруго-диссипативных элементов 14 на тележках 2 и 3 (фиг.3).

Равномерное распределение поперечных горизонтальных сил от кузова 1 между тележками 2 и 3 в предложенном устройстве достигается благодаря тому, что рычаги 4 и 5 выполнены с соответственно (например, попарно продольными и попарно поперечными) одинаковыми плечами.

Работает предлагаемое устройство следующим образом.

При положении транспортного средства на прямом участке пути и отсутствии поперечных сил центры тележек 2 и 3 и, соответственно, шарниры 10 и 11 связанных с ними поперечных штанг 7 и 9 расположены в продольной плоскости симметрии кузова 1. Все элементы устройства не нагружены.

При действии поперечных сил между кузовом 1 и тележками 2 и 3 они передаются штангами 7 и 9 на рычаги 4 и 5, что создает моменты, поворачивающие рычаги 4 и 5 в противоположные стороны. Равновесие указанных рычагов достигается тем, что шарниры вторых их плеч (поперечных) связаны штангой 8, усилие в которой нагружает рычаги 4 и 5 взаимно уравновешивающими моментами. Таким образом поперечные горизонтальные силы от кузова 1 через шарниры 6 передаются соответственно на шарниры 10 и 11 тележек 2 и 3, чем и осуществляется указанная силовая связь. При этом силы, приложенные к тележкам 2 и 3, в сумме составляют общую силу, передаваемую на тележки от кузова 1, и распределяются между ними пропорционально соотношению соответствующих плеч рычагов 4 и 5.

Наличие в кинематической цепи предложенного устройства деформируемых элементов 10 и 13 (вариант - 14) позволяет общую поперечную горизонтальную связь кузова 1 с тележками 2 и 3 иметь упругой, что дополнительно улучшает динамические качества транспортного средства.

Движение в кривых требует горизонтального поперечного смещения тележек 2 и 3 относительно друг друга в противоположные стороны от рассмотренного среднего положения; при этом необходимо полное сохранение возможности передачи горизонтальных поперечных сил между кузовом 1 и тележками 2 и 3. Эти условия в предлагаемом устройстве выполняются за счет того, что рычаги 4 и 5 имеют возможность поворачиваться в горизонтальной плоскости при отсутствии других перемещений, вращаясь на шарнирах 6. Связь рычагов 4 и 5 штангой 8 обеспечивает их синхронное вращение всегда в одну сторону, что определяет встречное горизонтальное поперечное перемещение их шарниров, связанных со штангами 7 и 9, и, тем самым, размещение тележек 2 и 3 в кривой.

Технико-экономическая эффективность заявляемого устройства поперечной горизонтальной связи кузова с двумя тележками транспортного средства в сравнении с аналогами и прототипом определяется следующими факторами:

а) более рациональной схемой нагружения несущих элементов: вместо изгиба прямолинейного (мостового или балочного типа) рычага-балансира очень большой длины в заявленном решении имеется два компактных угловых рычага форменного типа и штанги, т.е. все несущие элементы здесь работают на растяжение-сжатие всем своим сечением и, следовательно, с наилучшим использованием материала;

б) возможностью простейшим путем - изменением соотношения плеч угловых рычагов достигать практически любого распределения поперечных сил, передаваемых от кузова на тележки;

в) легко осуществимой возможностью выполнения указанной силовой связи упругой, что дополнительно улучшает динамические качества транспортного средства в наиболее неблагоприятных условиях горизонтальных поперечных колебаний.

1. Устройство для передачи поперечных горизонтальных сил от кузова на две тележки транспортного средства, имеющего преимущественно четыре тележки под одним жестким кузовом, содержащее узел балансированной связи тележек с кузовом, отличающееся тем, что узел поперечной горизонтальной балансированной связи тележек с кузовом выполнен в виде двух угловых рычагов, закрепленных на кузове средними шарнирами с возможностью только вращения относительно вертикальной оси, например, посредством цилиндрического шарнира с двухсторонним осевым упором, и трех штанг, соединенных шарнирно с рычагами, причем поперечные плечи рычагов связаны штангой, расположенной вдоль транспортного средства, а продольные плечи рычагов связаны с тележками штангами, расположенными горизонтально поперек транспортного средства и шарнирно закрепленными в средней поперечной плоскости тележек.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что штанги выполнены жесткими.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что по крайней мере одна из соединительных штанг выполнена с изменяемой длиной, например, путем включения в нее упруго-диссипативного или регулируемого элемента.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что поперечные штанги закреплены шарнирно на тележках через установленные на тележках упругодиссипативные или регулирующие элементы.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что для равномерного распределения поперечных сил от кузова на тележки взаимно соответствующие плечи рычагов связи кузова с каждой из тележек выполнены одинаковыми.