тележка транспортного средства

Формула изобретения

Тележка транспортного средства, преимущественно рельсового железнодорожного вагона, содержащая снабженную эластичными опорными поверхностями раму, выполненную в виде поперечной балки, жестко связанной с продольными боковинами, соединенными с подшипниковыми узлами колесных осей при помощи упругих органов, а также по крайней мере один гаситель колебаний, который расположен в зоне подшипникового узла и опорными поверхностями связан с продольной боковиной или поперечной балкой и подшипниковым узлом, отличающаяся тем, что гаситель колебаний размещен между упругими органами над подшипниковым узлом и выполнен в виде резинометаллического блока, полость которого разделена на две сообщающиеся через дроссельное отверстие между собой камеры, одна из которых заполнена рабочей жидкостью, а во второй размещена упругая диафрагма, при этом опорные поверхности резинометаллического блока дополнительно связаны между собой через раму двухшарнирным звеном, ось которого непараллельна продольной оси резинометаллического блока.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к железнодорожному машиностроению, в частности к устройствам тележек скоростного железнодорожного подвижного состава транспортных средств, в частности для вагонов скоростных поездов, особенно грузовых.

Потребность в увеличении скорости передвижения грузовых поездов по железным дорогам большой протяженности, таким как железные дороги России, известна: перевозки между Европой и Дальним Востоком выгодны только тогда, когда время доставки грузов достаточно малое. Для этого скорость грузовых поездов должна быть не менее 120 км/ч. Но в то же время скорость передвижения поездов ограничена динамическим воздействием ходовых частей вагона (тележки) на верхнее строение пути (рельсы), так как скорость движения поездов зависит от "критической" скорости по вилянию, представляющей собой пороговое значение, при превышении которого возникают автоколебания. Чем выше критическая скорость по вилянию, тем лучше поперечная динамика тележки.

Известны тележки скоростных грузовых поездов, допускающих скорость движения до 120 км/ч, снабженные упругими органами различных конструктивных схем, обеспечивающими высокие динамические качества. Такие тележки имеют раму, выполненную в виде поперечной балки, жестко связанной с продольными боковинами. Рама снабжена эластичными опорными поверхностями, на которые опирается вагон, и шкворневым узлом, передающим продольные усилия. Боковины рамы опираются на оси колесных пар через подшипниковый (буксовый) узел при помощи упругих органов в виде пружин и гасителя колебаний (гидравлического амортизатора), включенного параллельно пружине ("Тгаск Friendly Technology", Великобритания, г.Кардифф).

Известна тележка рельсового транспортного средства, преимущественно железнодорожного вагона, содержащая снабженную эластичными опорными поверхностями для опирания вагона раму, выполненную в виде поперечной балки, жестко связанной с продольными боковинами, соединенными с подшипниковыми узлами колесных осей при помощи разнесенных относительно каждой колесной оси упругих органов, а также гасители колебаний, каждый из которых расположен в зоне каждого подшипникового узла и опорными поверхностями связан с продольной боковиной и подшипниковым узлом колесной оси (RU №2220865, B 61 F 5/12, опубл. 10.01.2004).

Данная известная тележка выбрана за прототип, поскольку обладает наибольшим количеством существенных признаков, направленных на уменьшение динамических колебаний, и является наиболее близким по технической сущности к решению поставленной технической задачи.

Недостаток известных тележек заключается в том, что в условиях, когда верхнее строение рельсового пути подвержено деформациям под воздействием резко меняющихся климатических условий и не может находиться в состоянии, обеспечивающем достаточно малые величины вертикальных и горизонтальных смещений рельса относительно желаемой прямой линии, динамическое воздействие на путь оказывается слишком большим для движения со скоростью более 70-80 км/ч. Оно чрезмерно даже, если использовать под грузовыми вагонами такие тележки, как в прототипе. Таким образом, для скоростного движения по российским железным дорогам нужна более совершенная тележка.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи, состоящей в том, чтобы так установить связь колесной пары и рамы тележки между собой и так расположить гаситель колебаний, изменив его конструкцию, чтобы силы взаимодействия подрессоренной рамы и пути на повышенной скорости были бы достаточно малы независимо от частоты возникающих колебаний при обеспечении требуемой продольной жесткости буксовой ступени рессорного подвешивания.

Техническим результатом изобретения является повышение скорости движения грузовых вагонов за счет увеличения критической скорости по вилянию.

Указанный технический результат достигается тем, что в тележке транспортного средства, преимущественно рельсового железнодорожного вагона, содержащей снабженную эластичными опорными поверхностями раму, выполненную в виде поперечной балки, жестко связанной с продольными боковинами, соединенными с подшипниковыми узлами колесных осей при помощи упругих органов, а также по крайней мере один гаситель колебаний, который расположен в зоне подшипникового узла и опорными поверхностями связан с продольной боковиной и подшипниковым узлом, при этом гаситель колебаний размещен между упругими органами над подшипниковым узлом и выполнен в виде резинометаллического блока, полость которого разделена на две сообщающиеся через дроссельное отверстие между собой камеры, одна из которых заполнена рабочей жидкостью, а во второй размещена упругая диафрагма, при этом опорные поверхности резинометаллического блока дополнительно связаны между собой через раму двухшарнирным звеном, ось которого непараллельна продольной оси резинометаллического блока.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.

Настоящее изобретение иллюстрируется конкретным примером, который не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения приведенной совокупностью признаков требуемого технического результата.

На фиг.1 представлена тележка рельсового транспортного средства в пространственном изображении;

фиг.2 - резинометаллический блок;

фиг.3 - пространственная диаграмма зависимости критической скорости перемещения тележки от жесткости ее рессорного подвешивания.

Согласно настоящему изобретению тележка рельсового транспортного средства (фиг.1), преимущественно железнодорожного вагона, имеет раму, выполненную в виде поперечной балки 1, жестко связанной с продольными боковинами 2. Рама снабжена эластичными опорными поверхностями, на которые опирается вагон (не показаны). Продольные боковины 2 рамы передают вертикальную нагрузку на оси колесных пар 3 через буксу и подшипниковый узел 4 при помощи упругих органов в виде пружин 5, разнесенных относительно каждой колесной оси, и гасителя колебаний 6, расположенного, как видно на фиг.1, над подшипниковым узлом 4. Вертикальная жесткость гасителя колебаний такова, что на него приходится примерно 1/3 вертикальной нагрузки, а остальные 2/3 - на пружины.

Гаситель колебаний расположен в зоне подшипникового узла и опорными поверхностями связан с продольной боковиной или поперечной балкой и подшипниковым узлом.

Гаситель колебаний 6 выполнен в виде полого резинометаллического блока 7 (фиг.2), полость которого разделена через крышку 8 на две сообщающиеся между собой через дроссельное отверстие 9 камеры, первая 10 из которых, размещенная со стороны резинометаллических элементов, заполнена рабочей жидкостью, а во второй 11камере размещена упругая диафрагма 12. Таким образом, при деформации резинометаллических элементов происходит уменьшение объема первой камеры и перетекание рабочей жидкости во вторую камеру.

При движении тележки под действием вертикальных и горизонтальных сил (в продольной и поперечной плоскостях) резинометаллический блок деформируется, жидкость перетекает из одной полости в другую. При этом демпфируются и высокочастотные, и низкочастотные колебания.

Размещение полого блока в требуемых габаритах между пружинами подвески, как показано на фиг.1, позволяет уменьшить стоимость рессорного подвешивания и всей тележки за счет уменьшения числа резинометаллических блоков. Однако такая схема упругих связей не обладает достаточной продольной жесткостью, так как под действием сил резинометаллический блок может повернуться вокруг поперечной балки. Продольной жесткости одного резинометаллического блока оказывается недостаточно. Для ее увеличения и тем самым предотвращения этого вращения предусмотрено двухшарнирное звено 13 (тяга с шарнирами на концах), размещенное в продольной плоскости тележки. Опорные поверхности резинометаллического блока оказываются связанными между собой через раму этим двухшарнирным звеном, как показано на фиг.1. Ось этого звена должна располагаться по возможности ближе к направлению движения для придания максимальной продольной жесткости системе. Это достигается тем, что ось звена 13 непараллельна продольной оси резинометаллического блока.

Наличие двухшарнирного звена позволило подбором характеристики резинометаллического блока установить нужную величину жесткости связей колесной пары и рамы тележки.

Благодаря такому сочетанию существенных признаков удается получить нужную величину продольной и поперечной жесткости рессорного подвешивания и тем самым предотвратить возникновение высокочастотных колебаний при повышенных скоростях движения, особенно разрушительно действующих на верхнее строение пути и на узлы самой тележки. Таким образом достигается требуемый технический результат.

Этот результат подтвержден исследованием (фиг.3) пространственной модели предлагаемой тележки, охарактеризованной всеми существенными признаками, при воздействии на нее эксплуатационных нагрузок. На фиг.3 показано уменьшение вертикальных колебаний при достижении "критической" скорости - более 120 км/ч в порожнем и груженом состоянии, полученное в результате расчетов и 3D компьютерного моделирования действующих на тележку сил.

Как видно на фиг.3, критическую скорость в результате подбора поперечной жесткости G_x около 8000 кН/м и продольной G_у также около 8000 кН/м удалось увеличить до зоны 300-350 км/ч (показано пересечением пунктирной прямой с криволинейной поверхностью), т.е. за двойной предел в 120 км/ч. Эти данные получены для экспериментальной тележки с базой 2 м и с нагрузкой на ось 23,5 тс.

Настоящее изобретение промышленно применимо, так как может быть изготовлено с использованием технологий, применяемых при изготовлении железнодорожных тележек для рельсового подвижного состава.