RU2272728C2

RU2272728C2 - Running gear body cradle suspension unit

Info

Publication number: RU2272728C2
Application number: RU2004115439/11A
Authority: RU
Inventors: Петр Иванович Остроменский (RU); Петр Иванович Остроменский; Сергей Викторович Елисеев (RU); Сергей Викторович Елисеев; Андрей Павлович Хоменко (RU); Андрей Павлович Хоменко; Борис Владимирович Коротаев (RU); Борис Владимирович Коротаев; Алексей Сергеевич Болотов (RU); Алексей Сергеевич Болотов; Алексей Валерьевич Воротилкин (RU); Алексей Валерьевич Воротилкин; Алексей Николаевич Ходакевич (RU); Алексей Николаевич Ходакевич
Priority date: 2004-05-21
Filing date: 2004-05-21
Publication date: 2006-03-27
Also published as: RU2004115439A

Abstract

FIELD: railway transport; rail rolling stock.

SUBSTANCE: invention relates to design of flexible suspension of locomotive body 6 relative to bogie 3. Proposed cradle suspension unit of body has elastic member 1 mass in from of length of cable turned to form ring, or several ring coils of equal-diameter cable pressed to each other. Cable is hinge-connected to bogie in diametrically opposite places and is stationary connected to body. Ends of cable length are fastening on running gear body.

EFFECT: prevention of vibration and shock conditions.

3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта и может использоваться в конструкциях упругого подвешивания кузовов локомотивов и других рельсовых транспортных средств (экипажей).The invention relates to the field of railway transport and can be used in the elastic suspension structures of bodies of locomotives and other rail vehicles (crews).

В локомотивах, например электровозах, используется упругое люлечное подвешивание кузова к тележкам ([1], стр. 46-48). Конструкция люлечного упругого подвеса в целом выполнена из отдельных одинаковых узлов. Каждый узел люлечного подвеса кузова экипажа содержит упругий элемент (цилиндрическую пружину) и устройство для удержания кузова экипажа с возможностью его упругих перемещений и угловых поворотов при пространственных колебаниях относительно тележки. Это устройство выполнено в виде стержня, установленного наклонно относительно вертикальной продольной плоскости экипажа. Торцевой выступ верхнего конца стержня через упругий элемент (цилиндрическую пружину) и втулочное шарнирное соединение опирается на кронштейн тележки.In locomotives, such as electric locomotives, an elastic cradle suspension of the body to the bogies is used ([1], pp. 46-48). The design of the cradle of the elastic suspension as a whole is made of separate identical nodes. Each node of the cradle suspension of the crew body contains an elastic element (coil spring) and a device for holding the crew body with the possibility of its elastic displacements and angular rotations during spatial vibrations relative to the truck. This device is made in the form of a rod mounted obliquely relative to the vertical longitudinal plane of the crew. The end protrusion of the upper end of the rod through an elastic element (cylindrical spring) and sleeve swivel relies on the bracket of the trolley.

Аналогичное втулочное шарнирное соединение установлено между навинченной на нижний конец стержня гайкой и кронштейном кузова.A similar sleeve swivel is installed between the nut screwed onto the lower end of the shaft and the body bracket.

Часть весовой нагрузки кузова передается через нижнее втулочное шарнирное соединение, гайку, стержень и цилиндрическую пружину узла тележке. Полный вес кузова передается тележкам экипажа через все узлы, входящие в люлечный подвес в целом. Узлы люлечного подвеса установлены симметрично друг против друга по обе стороны тележек экипажа.Part of the weight load of the body is transmitted through the lower sleeve swivel, nut, rod and coil spring of the trolley assembly. The full weight of the body is transmitted to the crew trolleys through all the nodes included in the cradle suspension as a whole. The cradle suspension units are installed symmetrically against each other on both sides of the crew trolleys.

Шарнирные втулочные соединения позволяют каждому стержню с упругим элементом изменять угол наклона при пространственных колебаниях кузова и его поперечных смещениях во время движения в кривых ([2], стр. 263-265).Hinged sleeve connections allow each rod with an elastic element to change the angle of inclination during spatial vibrations of the body and its lateral displacements during movement in curves ([2], pp. 263-265).

Шарнирные и другие подвижные соединения узла люлечного подвеса кузова экипажа при его движении испытывают большие динамические нагрузки и интенсивно изнашиваются в условиях пыли, поднимаемой движущимся экипажем. Конструкция узла обладает большой материалоемкостью. К большинству деталей предъявляются специальные требования по износостойкости, что существенно удорожает их изготовление. Кроме того, возможны виброударные режимы колебаний кузова, при которых контакты между трущимися деталями в шарнирных соединениях узла периодически нарушаются, а затем восстанавливаются с ударом. Это происходит при возникновении интенсивных резонансных колебаний кузова относительно тележки. Кронштейн кузова, который опирается на нижнее втулочное соединение, может свободно перемещаться вверх вдоль стержня при вертикальном перемещении кузова в целом вверх.The articulated and other movable joints of the cradle suspension unit of the crew body during its movement experience large dynamic loads and wear out intensively in the conditions of dust raised by the moving crew. The design of the node has a large material consumption. Most parts have special requirements for wear resistance, which significantly increases the cost of their manufacture. In addition, vibration-shock modes of body vibrations are possible, in which the contacts between the rubbing parts in the articulated joints of the assembly are periodically broken, and then restored with impact. This occurs when intense resonant vibrations of the body relative to the trolley occur. The body bracket, which rests on the lower sleeve connection, can freely move up along the rod with the vertical movement of the body as a whole up.

С целью уменьшения износа втулочные шарнирные соединения предложено заменить на шаровые опоры. Конструкция узла люлечного подвеса кузова экипажа к тележкам с использованием шаровых опор предложена в патенте РФ №2097234, В 61 F 5/08 [3], выбранном за прототип.In order to reduce wear, it is proposed to replace sleeve swivel joints with ball bearings. The design of the node of the cradle suspension of the crew body to the bogies using ball bearings is proposed in the patent of the Russian Federation No. 2097234, B 61 F 5/08 [3], selected for the prototype.

Шаровые опоры выполнены в виде полусферических утолщений стержня, которые опираются в полусферические вкладыши.Ball bearings are made in the form of hemispherical thickenings of the rod, which are based on hemispherical liners.

Для обеспечения собираемости вкладыши и ложементы для их размещения выполнены разъемными по плоскости диаметральной симметрии. Шаровые опоры помещены в стаканы. Нижний стакан прикреплен к кронштейну кузова. Верхний стакан свободно перемещается в отверстии кронштейна тележки. Между верхним торцом стакана и кронштейном тележки установлен упругий элемент (цилиндрическая пружина). Вес кузова экипажа распределен по узлам люлечного подвеса и передается тележкам через шаровые опоры, стержни, верхние стаканы и цилиндрические пружины.To ensure the collection, the liners and tool holders for their placement are made detachable along the plane of diametrical symmetry. Ball joints are placed in glasses. The lower glass is attached to the body bracket. The upper glass moves freely in the hole of the trolley bracket. Between the upper end of the glass and the bracket of the trolley mounted elastic element (coil spring). The weight of the crew body is distributed over the nodes of the cradle suspension and is transmitted to the carts through ball bearings, rods, upper glasses and coil springs.

В прототипе узел люлечного подвеса кузова экипажа также имеет большую материалоемкость, требует использования специальных ударостойких антифрикционных материалов для вкладышей, высокой точности изготовления разъемных полусферических поверхностей вкладышей и разъемных стаканов.In the prototype, the cradle suspension unit of the crew body also has a high material consumption, requires the use of special shock-resistant antifriction materials for liners, high precision manufacturing of detachable hemispherical surfaces of liners and split glasses.

Кроме того, в прототипе, как и в аналоге, возможны виброударные режимы колебаний кузова относительно тележки, при которых контакты между трущимися полусферическими поверхностями шаровых опор периодически нарушаются, а затем восстанавливаются с ударом.In addition, in the prototype, as well as in the analogue, vibration-shock modes of body vibrations relative to the bogie are possible, in which the contacts between the rubbing hemispherical surfaces of the ball bearings are periodically broken, and then restored with an impact.

Таким образом, возникает техническая задача создания узла люлечного подвеса кузова экипажа более простой конструкции с меньшей материалоемкостью с исключением возможности виброударных режимов.Thus, the technical problem arises of creating a cradle suspension unit for the crew body of a simpler design with less material consumption, with the exception of the possibility of vibration-shock modes.

Поставленная задача решается за счет выполнения узла люлечного подвеса экипажа в виде упругого кольцевого элемента, присоединенного в диаметрально противоположных местах к кузову и тележке.The problem is solved by performing the node cradle suspension of the crew in the form of an elastic ring element connected in diametrically opposite places to the body and the trolley.

Узлы люлечного подвеса кузова экипажа расположены симметрично по обе стороны тележки. Оси симметрии, пересекающиеся в центрах симметрии всех упругих кольцевых элементов, размещенных с одной стороны тележки, расположены в одной наклонной плоскости, параллельной направлениям возможного движения экипажа. Угол наклона каждой указанной плоскости в положении равновесия кузова экипажа равен углу наклона стержня в узле, выбранном за прототип.The nodes of the cradle suspension of the crew body are located symmetrically on both sides of the truck. The axis of symmetry, intersecting at the centers of symmetry of all the elastic ring elements placed on one side of the cart, are located in one inclined plane parallel to the directions of the possible movement of the crew. The angle of inclination of each specified plane in the equilibrium position of the crew body is equal to the angle of inclination of the rod in the node selected for the prototype.

Упругий кольцевой элемент каждого узла люлечного подвеса присоединен к тележке шарнирно, а кузову - неподвижно.The elastic ring element of each cradle suspension assembly is pivotally attached to the trolley, and the body is stationary.

Шарнирное крепление упругих кольцевых элементов к тележке и малая поперечная жесткость этих элементов позволяют, с одной стороны, обеспечить необходимые возвращающие усилия после поперечного смещения кузова ([1], стр. 45-46, рис.20б). С другой стороны, исключение стержней и быстроизнашивающихся подвижных соединений существенно упрощают конструкцию упругого подвеса и повышают его износостойкость.The hinged fastening of the elastic ring elements to the carriage and the low lateral stiffness of these elements make it possible, on the one hand, to provide the necessary restoring forces after lateral displacement of the body ([1], pp. 45-46, Fig. 20b). On the other hand, the exclusion of rods and fast-wearing movable joints significantly simplify the design of the elastic suspension and increase its wear resistance.

С целью упрощения изготовления узла упругого подвеса упругий кольцевой элемент целесообразно выполнять из согнутого в виде кольца отрезка троса, концы которого прикреплены к кузову.In order to simplify the manufacture of the elastic suspension unit, it is advisable to perform the elastic ring element from a segment of a cable bent in the form of a ring, the ends of which are attached to the body.

Упругие кольцевые элементы всех узлов люлечного подвеса в целом воспринимают статические и динамические воздействия со стороны тележки и кузова и оказывают упругое и диссипативное сопротивление этим воздействиям. Виброударные режимы исключаются вследствие того, что любые относительные колебания кузова и тележки сопровождаются упругими и диссипативными силами противодействия со стороны упругих кольцевых элементов. Для повышения диссипативных свойств и долговечности каждый упругий кольцевой элемент можно выполнять в виде нескольких прижатых друг к другу кольцевых витков одинакового диаметра. При таком исполнении упругих кольцевых элементов уменьшение межпроволочного трения и соответственно демпфирующей способности тросов в упругих подвесах при колебаниях защищаемого объекта более 1 мм ([4], стр. 30, п.4) компенсируется дополнительным межвитковым трением между кольцевыми витками. Кроме того, в этом случае можно использовать трос меньшего диаметра. Это позволяет при равных условиях деформаций изгиба в наиболее напряженных местах присоединения кольцевых упругих элементов к кузову и тележке уменьшить растягивающие механические напряжения в наружных проволоках диаметра троса. Вследствие этого повышается долговечность упругих кольцевых элементов.The elastic ring elements of all nodes of the cradle suspension as a whole perceive static and dynamic effects from the side of the truck and the body and exert elastic and dissipative resistance to these effects. Vibro-shock modes are excluded due to the fact that any relative vibrations of the body and the cart are accompanied by elastic and dissipative reaction forces from the side of the elastic ring elements. To increase the dissipative properties and durability, each elastic ring element can be made in the form of several annular turns of the same diameter pressed against each other. With this design of elastic ring elements, the decrease in inter-wire friction and, accordingly, the damping ability of the cables in elastic suspensions when the protected object oscillates more than 1 mm ([4], p. 30, p. 4) is compensated by additional inter-turn friction between the ring turns. In addition, in this case, you can use a cable of smaller diameter. This allows, under equal conditions of bending deformations in the most stressful places of connection of the annular elastic elements to the body and the trolley, to reduce tensile mechanical stresses in the outer wires of the cable diameter. As a result, the durability of the elastic ring elements increases.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый узел люлечного подвеса кузова экипажа обладает существенными новыми признаками:Comparative analysis with the prototype allows us to conclude that the claimed node of the cradle suspension of the crew body has significant new features:

1) упругий элемент узла выполнен в виде упругого кольцевого элемента; присоединенного в диаметрально противоположных местах к кузову экипажа и тележке;1) the elastic element of the node is made in the form of an elastic ring element; attached in diametrically opposite places to the crew body and trolley;

2) упругий кольцевой элемент прикреплен к тележке шарнирно, а к кузову экипажа - неподвижно;2) the elastic ring element is pivotally attached to the trolley, and motionless to the crew body;

3) оси симметрии упругого кольцевого элемента, пересекающиеся в центре симметрии, расположены в наклонной плоскости, параллельной направлению движения тележки по рельсам;3) the axis of symmetry of the elastic ring element, intersecting in the center of symmetry, are located in an inclined plane parallel to the direction of movement of the trolley along the rails;

4) упругий кольцевой элемент выполнен из согнутого в виде кольца отрезка троса, концы которого прикреплены к кузову экипажа;4) the elastic ring element is made of a segment of a cable bent in the form of a ring, the ends of which are attached to the body of the crew;

5) упругий кольцевой элемент выполнен в виде нескольких прижатых друг к другу кольцевых витков одинакового диаметра.5) the elastic ring element is made in the form of several annular turns of the same diameter pressed against each other.

Заявителем просмотрена техническая литература УДК 629.45.027, УДК 621.335, патенты и авторские свидетельства М. Кл В 61 F 5/08.The applicant has reviewed the technical literature of UDC 629.45.027, UDC 621.335, patents and copyright certificates of M. Kl B 61 F 5/08.

Анализ известных технических решений в исследуемой области позволяет сделать вывод об отсутствии в них существенных признаков, сходных с существенными признаками заявляемого узла люлечного подвеса кузова экипажа.An analysis of the known technical solutions in the study area allows us to conclude that they do not have essential features similar to the essential features of the claimed node of the cradle suspension of the crew body.

Предложенная совокупность отличительных существенных признаков представляет новое решение поставленной задачи и соответствует изобретательскому уровню.The proposed set of distinctive essential features represents a new solution to the problem and corresponds to the inventive step.

Конструкция предлагаемого узла люлечного подвеса кузова экипажа приведена на фиг.1. На фиг. 2 показан вид по стрелке А на узел с частичными разрезами в местах крепления упругого кольцевого элемента к тележке и кузову. На фиг.3 приведен вариант конструкции узла с упругим кольцевым элементом, выполненным в виде нескольких прижатых друг к другу кольцевых витков одинакового диаметра.The design of the proposed node cradle suspension of the crew body is shown in figure 1. In FIG. 2 shows a view along arrow A of a unit with partial cuts at the points of attachment of the elastic ring element to the cart and body. Figure 3 shows a variant of the design of the node with an elastic ring element made in the form of several annular turns of the same diameter pressed against each other.

Упругий кольцевой элемент 1 на фиг.1 и 3 присоединен к кронштейну 2 рамы тележки 3 с помощью шарнирного соединения 4 с возможностью свободного поворота в указанном соединении.The elastic ring element 1 in figures 1 and 3 is attached to the bracket 2 of the frame of the trolley 3 by means of a swivel joint 4 with the possibility of free rotation in the specified connection.

В диаметрально противоположном месте упругий кольцевой элемент 1 прикреплен неподвижно к кронштейну 5 кузова 6 с помощью накладки 7.In a diametrically opposite place, the elastic ring element 1 is fixedly attached to the bracket 5 of the body 6 using the lining 7.

Упругий кольцевой элемент 1 выполнен из отрезка троса, на концах которого закреплены, например приварены, втулки 8 (фиг.2). Концы отрезка троса, согнутого в виде упругого кольцевого элемента 1, присоединены к кронштейну 5 кузова 6 с помощью накладки 7.The elastic ring element 1 is made of a piece of cable, at the ends of which are fixed, for example, welded, bushings 8 (figure 2). The ends of the cable segment, bent in the form of an elastic ring element 1, are attached to the bracket 5 of the body 6 using the lining 7.

Плоскость I-I (фиг.1), в которой лежат оси симметрии 9 упругого элемента 1 и центр симметрии (т.О на фиг.2), расположена параллельно направлению возможного движения экипажа (стрелки В-В на фиг.2). Угол наклона плоскости I-I (фиг.1) к вертикальной продольной плоскости симметрии экипажа выбран таким же, как угол наклона стержня в узле, выбранном за прототип.The plane I-I (FIG. 1), in which the axis of symmetry 9 of the elastic element 1 and the center of symmetry (i.e. O in FIG. 2) lie, is parallel to the direction of the possible movement of the crew (arrows BB in FIG. 2). The angle of inclination of the plane I-I (Fig. 1) to the vertical longitudinal plane of symmetry of the crew is chosen the same as the angle of inclination of the rod in the node selected for the prototype.

Упругий кольцевой элемент 1 выполняется в виде одного витка (фиг.1) или в виде нескольких прижатых друг к другу кольцевых витков одинакового диаметра (фиг.3).The elastic ring element 1 is made in the form of a single coil (figure 1) or in the form of several pressed to each other ring turns of the same diameter (figure 3).

Вес экипажа в целом воспринимается совокупностью узлов люлечного подвеса, установленных симметрично по обе стороны тележек. Упругий кольцевой элемент 1 каждого узла воспринимает часть веса кузова и приобретает овальную форму (фиг.2).The weight of the crew as a whole is perceived by a set of cradle suspension units installed symmetrically on both sides of the bogies. The elastic ring element 1 of each node perceives part of the weight of the body and acquires an oval shape (figure 2).

Геометрические размеры и несущая способность упругого кольцевого элемента 1 выбираются таким образом, чтобы его максимальный упругий ход вниз вместе с кузовом 6 относительно рамы тележки 3 был не менее максимально допустимой амплитуды колебаний кузова 6.The geometric dimensions and the bearing capacity of the elastic ring element 1 are selected so that its maximum elastic downward movement with the body 6 relative to the frame of the trolley 3 is not less than the maximum allowable vibration amplitude of the body 6.

Узел люлечного подвеса кузова экипажа работает следующим образом.Node cradle suspension of the crew body works as follows.

Тележка с рамой 3 при движении по рельсам из-за неровностей рельсового пути колеблется в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Эти колебания через кронштейн 2 рамы тележки 3 и шарнирное соединение 4 воспринимаются верхним участком упругого кольцевого элемента 1. За счет упругой податливости указанного элемента 1 колебания передаются нижнему участку упругого кольцевого элемента 1, а затем через кронштейн 5 кузову 6. Колебания кузову 6 от рамы 3 тележки передаются существенно ослабленными в зарезонансном режиме виброизоляции кузова или усиленными в резонансном режиме колебаний кузова.A trolley with a frame 3, when moving on rails, fluctuates in the vertical and horizontal planes due to irregularities in the rail track. These vibrations through the bracket 2 of the frame of the trolley 3 and the swivel 4 are perceived by the upper section of the elastic ring element 1. Due to the elastic flexibility of the indicated element 1, the vibrations are transmitted to the lower section of the elastic ring element 1, and then through the bracket 5 to the body 6. Oscillations of the body 6 from the frame 3 bogies are transmitted substantially weakened in the resonance mode of vibration isolation of the body or amplified in the resonant mode of vibration of the body.

Резонансный режим колебаний кузова реализуется при определенных сочетаниях скорости и параметров неровностей рельсового пути. Эти режимы необходимо исключать, изменяя скорость движения и неровности рельсового пути, например, шлифованием. Для ослабления резонансных колебаний кузова используют также демпферы колебаний, которыми снабжены все современные локомотивы и вагоны (на чертежах демпферы не показаны).The resonant mode of body vibrations is realized with certain combinations of speed and parameters of rail track irregularities. These modes must be excluded by changing the speed and roughness of the rail, for example, grinding. To attenuate the resonant vibrations of the body, vibration dampers are also used, which are equipped with all modern locomotives and cars (dampers are not shown in the drawings).

Проектировочные оценки прочности и долговечности предлагаемой конструкции узла люлечного подвеса кузова показывает, что при сохранении эксплуатационной надежности и эффективности виброизоляции кузова экипажа стоимость каждого узла уменьшается в среднем на 50%.Design estimates of the strength and durability of the proposed design of the cradle body suspension unit show that, while maintaining the operational reliability and vibration isolation efficiency of the crew body, the cost of each unit is reduced by an average of 50%.

Список использованной литературыList of references

1. Калинин В.К. Электровозы и электропоезда. - М.: Транспорт, 1991. - 480 с.1. Kalinin V.K. Electric locomotives and electric trains. - M .: Transport, 1991 .-- 480 p.

2. Механическая часть тягового подвижного состава / Н.В.Бирюков, А.Н.Савоськин и др. - М.: Транспорт, 1992 г. - 440 с.2. The mechanical part of the traction rolling stock / N.V. Biryukov, A.N. Savoskin, etc. - M .: Transport, 1992 - 440 p.

3. Патент №2097234, В 61 F 5/00, 1992, Милованов А.И. Узел люлечного подвешивания кузова железнодородного транспортного средства.3. Patent No. 2097234, B 61 F 5/00, 1992, A. Milovanov Node cradle suspension of the body of a railway vehicle.

4. Горбунов В.Ф., Резников И.Г. Канатные виброизоляторы. - Новосибирск: Наука, 1988 - 165 с.4. Gorbunov V.F., Reznikov I.G. Cable vibration isolators. - Novosibirsk: Nauka, 1988 - 165 p.

Claims

1. The node of the cradle suspension of the crew body, containing an elastic element and a device for holding the crew body with the possibility of its elastic displacements and angular rotations during spatial vibrations relative to the truck, while the elastic element is connected in diametrically opposite places to the body of the crew and the truck, characterized in that the elastic element is made in the form of an elastic ring element pivotally attached to the trolley, and motionless to the body.

2. The node of the cradle suspension of the crew body according to claim 1, characterized in that the elastic ring element is made of a segment of a cable bent in the form of a ring, the ends of which are attached to the crew body.

3. The cradle suspension unit of the crew body according to claim 1, characterized in that the elastic ring element is made in the form of several annular turns of the same diameter pressed against each other.