RU2664022C1

RU2664022C1 - Railway vehicle body to the bogie connection device

Info

Publication number: RU2664022C1
Application number: RU2017117538A
Authority: RU
Inventors: Виктор Александрович Николаев; Виктор Алексеевич Нехаев
Priority date: 2017-05-19
Filing date: 2017-05-19
Publication date: 2018-08-14

Abstract

FIELD: transportation.

SUBSTANCE: invention relates to the rolling stock design. Railway vehicle body with bogie connection device consists of multifunctional supports fixed on the bogie side frames, and connected by the transverse beam with notches, and mounted on the pivot ring with rods attached to them. Rods are located symmetrically about the body vertical axis at some angle to the horizontal line and are oriented perpendicular to the body longitudinal axis. These rods other ends are pivotally connected to the located in the transverse beam profiled horizontal guides composite friction slides and contacting with internal and external helical springs axially located in this beam. In the car empty condition, with horizontal body oscillations relative to the bogie, the internal springs operate together with the friction sliders, and in the loaded one are the inner and outer springs. Side supports upper and lower supports brackets are installed with a gap ensuring reduction in these supports elastic elements dynamic loading during the car negotiation into the curve.

EFFECT: result is improvement in the car dynamic characteristics, increase in the train's movement safety, reduction in the wheels sets flanges and rails heads wear intensity.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам подвижного состава транспортных средств железных дорог и предназначено, в частности, для грузовых вагонов и касается конструкции связей кузова с двухосной тележкой грузовых вагонов.The invention relates to devices for rolling stock of railway vehicles and is intended, in particular, for freight cars, and relates to the construction of the connections of the body with a biaxial truck of freight cars.

Цель изобретения - улучшение динамических характеристик, обеспечивающих повышение безопасности движения поездов и снижение износов гребней колес и головок рельсов.The purpose of the invention is the improvement of dynamic characteristics, providing increased safety of train traffic and reduced wear of wheel flanges and rail heads.

Известна тележка модели 18-100, которой оснащены почти все грузовые вагоны, обращающиеся по сети железных дорого России и других стран бывшего СССР. В этой тележке связь с кузовом осуществляется посредством опирания пятника на подпятник надрессорной балки. Через отверстия пятника и подпятника проходит шкворень. Надрессорная балка снабжена расположенными в ее наклонных пазах фрикционными клиньями, взаимодействующими с фрикционными планками, закрепленными в проемах боковых рам, и опирается на два рессорных комплекта, состоящих из двухрядных пружин одинаковой высоты, установленными на нижних поясах боковых рам тележки.The model 18-100 trolley is known, which is equipped with almost all freight cars that travel on the railway network of Russia and other countries of the former USSR. In this trolley, communication with the body is carried out by supporting the Friday on the thrust bearing of the overpressor beam. A king pin passes through the holes of the heel and the heel. The nadressornoj beam is equipped with friction wedges located in its inclined grooves, interacting with friction strips fixed in the openings of the side frames, and is supported by two spring sets consisting of double-row springs of the same height mounted on the lower belts of the side frames of the trolley.

К недостаткам такой конструкции следует отнести малый статический прогиб рессорного комплекта: в порожнем он не превышает 8 мм, а в груженом - 49 мм. Кроме того, жесткость рессорного подвешивания этой тележки в направлении, поперечном относительно оси пути, как в порожнем, так и в груженом состояниях вагона весьма значительна и равна 86⋅10⁵ Н/м. [Сенаторов С.А. Прогнозирование нагруженности, износа и динамики подвижного состава: Ч. 1. Динамические системы подвешивания подвижного состава и методы их исследования. Учебное пособие. Екатеринбург. Изд-во УрЭМИИТ, 1996. 104 с.]. Такое значение горизонтальной жесткости является слишком большим, особенно для порожних вагонов. Вследствие этого в результате совместных колебаний виляния и боковой качки вагона в порожнем режиме его движения, особенно при изношенных фрикционных клиньях, наблюдаются значительные колебания кузова с большими горизонтальными силами взаимодействия в контакте колеса и рельса, снижающие коэффициент устойчивости против вкатывания гребня колеса на головку рельса. Практика показывает, что порожние вагоны, особенно с высоким центром тяжести, в 10 раз чаще сходят с рельсов, чем груженые. Из-за этого также приходится ограничивать скорость их движения до 60 км/ч в кривых участках пути, что снижает пропускную способность участков железных дорог.The disadvantages of this design include the small static deflection of the spring kit: in empty it does not exceed 8 mm, and in loaded - 49 mm. In addition, the stiffness of the spring suspension of this trolley in the direction transverse to the track axis, both in the empty and in the loaded state of the car, is very significant and is equal to 86⋅10 ⁵ N / m. [Senators S.A. Prediction of load, wear and dynamics of rolling stock: Part 1. Dynamic systems of suspension of rolling stock and methods for their study. Tutorial. Yekaterinburg. Publishing house UREMIIT, 1996. 104 p.]. This value of horizontal stiffness is too large, especially for empty cars. As a result of this, as a result of joint oscillations of the wagging and side rolling of the car in the empty mode of its movement, especially with worn friction wedges, significant body vibrations with large horizontal forces of interaction in the contact of the wheel and the rail are observed, which reduce the coefficient of resistance against the wheel flange being rolled onto the rail head. Practice shows that empty cars, especially those with a high center of gravity, are 10 times more likely to go off the rails than loaded ones. Because of this, it is also necessary to limit their speed to 60 km / h in curved sections of the track, which reduces the throughput of sections of railways.

Для повышения устойчивости движения новых так называемых инновационных вагонов в порожнем режиме они оснащены тележками с билинейным рессорным подвешиванием, рессорные комплекты которых оснащены двухрядными пружинами (тележки моделей 18-9855 (Barber S-2-R), 18-194-1 (Уралвагонзавод) и др.). Вследствие большей высоты внутренних пружин по отношению к наружным они работают в порожнем режиме движения вагона, а наружные пружины не нагружены. Это способствует некоторому улучшению вертикальной динамики вагона, но все равно не обеспечивает необходимых динамических показателей в горизонтальной плоскости, поскольку горизонтальная жесткость пружин в порожнем и груженом состояниях вагона остается постоянной [Ю.В. Мещерин О рессорном подвешивании тележек грузовых вагонов. / Вагоны и вагонное хозяйство №2 (46) 2016. С. 33-35.] и тележки чувствительны к неровностям рельсовой колеи в плане, что негативно влияет на уровень безопасности движения поезда.To increase the stability of movement of the new so-called innovative wagons in the empty mode, they are equipped with bilinear spring suspension trolleys whose spring sets are equipped with double-row springs (trolleys of models 18-9855 (Barber S-2-R), 18-194-1 (Uralvagonzavod) and other). Due to the greater height of the internal springs with respect to the external ones, they operate in the empty mode of movement of the car, and the external springs are not loaded. This contributes to some improvement in the vertical dynamics of the car, but still does not provide the necessary dynamic indicators in the horizontal plane, since the horizontal stiffness of the springs in the empty and loaded state of the car remains constant [Yu.V. Mescherin. About spring suspension of freight carriages. / Wagons and carriages No. 2 (46) 2016. P. 33-35.] And trolleys are sensitive to irregularities in the rail track in terms of which negatively affects the level of safety of train movement.

Известна также тележка подвижного состава, взятая за прототип, содержащая раму, упруго опирающуюся на колесные пары, состоящую из боковин, соединенных поперечной балкой с вырезом под шкворень. Устройство связи этой тележки и с кузовом состоит из установленных на раме тележки двух упругих боковых опор кузова с роликами и скользунов, установленных на боковинах тележки и состоящих из основания и опертой на него через упругий элемент крышку с антифрикционной пластиной для взаимодействия с упорной плитой, установленной на кузове [патент RU №2280575, МПК B61F 5/52, опубл. 27.07.2006].Also known is the rolling stock truck, taken as a prototype, containing a frame elastically supported by wheelsets, consisting of sidewalls connected by a transverse beam with a cutout for a king pin. The communication device of this trolley and with the body consists of two elastic side supports of the body mounted on the trolley frame with rollers and side mounted on the side of the trolley and consisting of a base and a lid with an antifriction plate supported on it through an elastic element to interact with a thrust plate mounted on the body [patent RU No. 2280575, IPC B61F 5/52, publ. July 27, 2006].

Недостатки этой тележки:The disadvantages of this trolley:

1. Горизонтальная жесткости системы обрессоривания вагона как в порожнем, так и в груженом состояниях вагона является одинаковой, что не отвечает современным требованиям обеспечения оптимального взаимодействия колес и рельсов безопасности движения.1. The horizontal stiffness of the car’s compressing system, both in the empty and in the loaded state of the car, is the same, which does not meet modern requirements for ensuring optimal interaction between wheels and safety rails.

2. Установленные на боковых рамах упругие боковые опоры снабжены роликами, на которые опирается кузов. Так как ролики обладают малым коэффициентом трения качения, то они не могут обеспечить оптимального стабильного момента сопротивления повороту тележки относительно кузова.2. The elastic side supports mounted on the side frames are provided with rollers on which the body rests. Since the rollers have a low coefficient of rolling friction, they cannot provide the optimal stable moment of resistance to the rotation of the trolley relative to the body.

3. Такие опоры качения не могут обеспечить необходимую работоспособность в условиях турбулентной многофазной среды - воздуха с частицами пыли, песка, влаги (а также и снега - в зимний период эксплуатации подвижного состава), которая образуется в подвагонном пространстве между кузовом и верхним строением пути при движении вагона по перегону с установленной скоростью.3. Such rolling bearings cannot provide the necessary performance in a turbulent multiphase environment - air with particles of dust, sand, moisture (as well as snow - in the winter period of operation of the rolling stock), which is formed in the undercarriage between the body and the track’s upper structure when the movement of the car on the stage with a set speed.

Известна также боковая опора, которая содержит упругий элемент и две опорные плиты, неподвижно закрепленные соответственно на кузове и тележке, причем один конец упругого элемента непосредственно связан с одной из опорных плит, а другой - со второй опорной плитой через скользун. При этом первая опорная плита и скользун снабжены перекрывающими друг друга по высоте выступами-упорами, а вторая опорная плита снабжена направляющими для скользуна. Упоры скользуна выполнены плоскими с рабочими поверхностями, перпендикулярными направляющим плиты, а упоры первой опорной плиты образованы ее кронштейнами с кулачками, расположенными относительно рабочих поверхностей упоров скользуна с зазором [Боковая опора кузова на тележку железнодорожного транспортного средства, патент РФ 2019457, класс B61F 5/14].A lateral support is also known, which comprises an elastic element and two support plates fixedly mounted respectively on the body and the trolley, with one end of the elastic element being directly connected to one of the support plates and the other to the second support plate through a slider. In this case, the first base plate and the slider are provided with overlapping protrusions-stops, and the second base plate is provided with guides for the side bearing. The side bearing stops are made flat with the working surfaces perpendicular to the plate guide, and the first base plate stops are formed by its brackets with cams located relative to the working surfaces of the side bearing stops with a gap [Lateral body support on a railway vehicle trolley, RF patent 2019457, class B61F 5/14 ].

Техническим результатом настоящего изобретения является обеспечение оптимальной жесткости рессорного подвешивания в порожнем и груженом состояниях вагона в горизонтальной плоскости поперек оси пути, эффективного демпфирования горизонтальных колебаний узлов вагона, что позволяет обеспечить устойчивость движения вагона, а также снизить износ гребней колес и боковых граней рельса.The technical result of the present invention is the provision of optimal stiffness of the spring suspension in the empty and loaded state of the car in a horizontal plane across the axis of the track, effective damping of the horizontal vibrations of the car nodes, which ensures stability of the car movement, as well as reduce wear on wheel flanges and side edges of the rail.

Указанный технический результат достигается тем, что на шкворне установлено посредством антифрикционных прокладок кольцо с шарнирно присоединенными к ним стержнями, расположенными симметрично относительно вертикальной оси кузова под некоторым углом к горизонтали и ориентированными перпендикулярно продольной оси кузова, а другие их концы шарнирно соединены с составными фрикционными ползунами, расположенными в профилированных горизонтальных направляющих поперечной балки и контактирующими с аксиально расположенными в этой балке внутренними, когда вагон не нагружен, и с наружными винтовыми пружинами. При этом наружные пружины установлены с регулируемым преднатягом и упираются в расположенные в упомянутых направляющих кольца, через центральные отверстия которых проходят внутренние пружины, длины выступающих частей которых зависят от разности статических прогибов обрессоривания кузова в груженом и порожнем состояниях вагона, а также от угла наклона и длины упомянутых стержней, Кроме того, кронштейны верхнего и нижнего упоров боковых опор установлены с зазором "с", обеспечивающим защищенность упругого элемента опоры при деформации его сдвига при колебаниях виляния тележки вагона и при его вписывании в кривую.The specified technical result is achieved by the fact that a ring with pivotally attached rods mounted symmetrically with respect to the vertical axis of the body at a certain angle to the horizontal and oriented perpendicular to the longitudinal axis of the body is installed on the kingpin pivot, and their other ends are articulated with composite friction sliders, located in profiled horizontal guides of the transverse beam and in contact with axially located in this beam in morning, when the car is not loaded, and the outer coil springs. In this case, the external springs are installed with adjustable preload and abut against the rings located in the said guides, through the central openings of which the internal springs pass, the lengths of the protruding parts of which depend on the difference in the static deflections of the body stressing in the loaded and empty conditions of the car, as well as on the angle and length the said rods, In addition, the brackets of the upper and lower stops of the side supports are installed with a clearance "c", which ensures the protection of the elastic element of the support during deformation of shear vibrations yaw car bogie and at its entry in the curve.

На фиг. 1 изображено устройство связи кузова с тележкой подвижного состава железных дорог, на фиг. 2 показана упругая боковая опора кузова при виде сбоку.In FIG. 1 shows a communication device of a body with a carriage of a rolling stock of railways, FIG. 2 shows an elastic lateral support of the body in side view.

Это устройство состоит из боковых опор, состоящих из упругих резинометаллических или эластомерных элементов 14, установленных между верхней упорной плитой 17 с фрикционным вкладышем 15 и нижней упорной плитой 19, закрепленной на боковой раме 20, опирающейся посредством упругих элементов 23 на буксы 24. На эти опоры опирается кузов 1 со шкворнем 4, снабженным кольцом 5 с антифрикционными вкладышами и расположенным в вырезе поперечной балки рамы тележки. К этому кольцу 5, установленному на шкворне посредством гайки 16, шарнирно присоединены стержни 6, расположенные в вырезе поперечной балки рамы тележки симметрично относительно вертикальной оси кузова под некоторым углом к горизонтали и ориентированные перпендикулярно продольной оси кузова. Другие их концы шарнирно соединены с фрикционными ползунами 7, упирающимися в фрикционные клинья 8, взаимодействующими с фрикционными вкладышами 9, расположенными в профилированных горизонтальных направляющих поперечной балки 12 рамы тележки. Торцовые вертикальные поверхности фрикционных клиньев 8 имеют гнезда, в которые упираются выступающие части пружин 10, расположенных внутри наружных пружин 11. Эти наружные пружины одним концом упираются в кольца 21, а другим, совместно с другим концом внутренней пружины, - в гнезда упоров 22, установленных с возможностью регулирования силы предварительного поджатия в поперечной балке рамы тележки 12. На поперечной балке рамы также закреплены упругие упоры 13, ограничивающие горизонтальное перемещение кузова относительно рамы тележки.This device consists of side supports, consisting of elastic rubber-metal or elastomeric elements 14, installed between the upper thrust plate 17 with the friction liner 15 and the lower thrust plate 19, mounted on the side frame 20, supported by elastic elements 23 on the axle boxes 24. On these supports the body 1 is supported with a pivot 4, provided with a ring 5 with anti-friction liners and located in the cutout of the transverse beam of the trolley frame. To this ring 5, mounted on the kingpin by means of a nut 16, rods 6 are pivotally attached, located in the cutout of the transverse beam of the trolley frame symmetrically relative to the vertical axis of the body at an angle to the horizontal and oriented perpendicular to the longitudinal axis of the body. Their other ends are pivotally connected to the friction sliders 7, abutting against the friction wedges 8, interacting with the friction liners 9 located in the profiled horizontal guides of the transverse beam 12 of the trolley frame. The vertical end surfaces of the friction wedges 8 have nests, in which the protruding parts of the springs 10 located inside the outer springs 11 abut. These outer springs abut against one end 21 of the ring 21, and the other, together with the other end of the inner spring, end up in the seats of the stops 22 installed with the possibility of adjusting the force of the preload in the transverse beam of the frame of the trolley 12. On the transverse beam of the frame also fixed elastic stops 13, restricting the horizontal movement of the body relative to the frame of the trolley.

Устройство работает следующим образом. Углы наклона стержней, их длина и длина выступающих частей внутренних пружин подобраны так, чтобы в порожнем режиме движения при горизонтальных колебаниях вагона нагружались только внутренние пружины, а при полной загрузке вагона вследствие дополнительного сжатия боковых опор и опускания кузова со шкворнем, снабженным кольцом, стержни перемещались фрикционные ползуны, сжимая внутренние пружины на величину зазора "b", в результате чего включаются в работу также и наружные пружины.The device operates as follows. The angles of inclination of the rods, their length and the length of the protruding parts of the internal springs are selected so that only the internal springs are loaded in the horizontal motion mode of the car when the car is fully loaded, and when the car is fully loaded due to additional compression of the side supports and lowering the body with a kingpin equipped with a ring, the rods move friction sliders, compressing the internal springs by the amount of clearance "b", as a result of which the external springs are also included in the operation.

В ненагруженном состоянии вагона при горизонтальных колебаниях железнодорожного экипажа в порожнем состоянии вагона шкворень 4 через кольцо 5 и наклонные стержни 6 перемещает упруго поджатые ползуны 7, а также фрикционные клинья 8, взаимодействующие с фрикционными вкладышами 9, заставляя сжиматься внутренние пружины 10. В результате этого возникают силы упругого сопротивления и силы трения, соответствующие данному режиму движения и ограничивающие амплитуду горизонтальных колебаний кузова.In the unloaded condition of the car with horizontal vibrations of the railway crew in the empty state of the car, the pivot 4 through the ring 5 and the inclined rods 6 moves the elastically pressed sliders 7, as well as the friction wedges 8, interacting with the friction liners 9, causing the internal springs to compress 10. As a result, elastic resistance and friction forces corresponding to this mode of motion and limiting the amplitude of the horizontal vibrations of the body.

При загрузке вагона произойдет дополнительное сжатие упругих элементов 14 боковых опор, вследствие чего кузов со шкворнем и установленным на нем кольцом опустятся вниз, стержни установятся горизонтально, перемещая упруго поджатые ползуны 7 и фрикционные клинья 8 и сжимая внутренние пружины на величину зазора "b". Края фрикционных клиньев 8 упрутся в кольца 21, нагружая при горизонтальных колебаниях вагона и внешние пружины, что увеличит силы упругого сопротивления и силы трения.When the car is loaded, additional compression of the elastic elements 14 of the side supports will occur, as a result of which the body with the pivot and the ring mounted on it will lower down, the rods will be installed horizontally, moving the elastically pressed sliders 7 and friction wedges 8 and compressing the internal springs by the clearance “b”. The edges of the friction wedges 8 will abut against the rings 21, loading the external springs during horizontal vibrations of the car, which will increase the elastic resistance and friction forces.

При работе упругих элементов этого устройства связи кузова с тележкой, выполненного из фрикционных элементов, внутренней и наружной аксиально установленных пружин и упругих упоров, как в порожнем, так и в груженом состояниях вагона формируется билинейная силовая характеристика, необходимая для обеспечения устойчивого безопасного движения вагона за счет снижения поперечных боковых сил взаимодействия вагона и пути (кузова с рамой тележки и колесных пар с головками рельсов).During operation of the elastic elements of this communication device between the body and the trolley, made of friction elements, internal and external axially mounted springs and elastic stops, both in empty and in loaded conditions of the car, a bilinear force characteristic is formed, which is necessary to ensure stable safe movement of the car due to reducing the lateral lateral forces of the interaction of the car and the track (body with the frame of the trolley and wheelsets with rail heads).

При интенсивных колебаниях виляния и при вписывании в кривую демпфирующий момент создают силы трения между фрикционными вкладышами 15 и верхними упорными плитами 17. Для повышения надежности упругой боковой опоры кузова на тележку железнодорожного транспортного средства между кулачками кронштейнов 18 верхней боковой опоры и кронштейнами 19 нижней опоры установлен зазор, величина которого зависит от максимального веса кузова, коэффициента трения фрикционного скользуна и горизонтальной жесткости упругого элемента опоры при его деформации на сдвиг в направлении движения скользуна.With intense fluctuations in the wobble and when inscribing into the curve, the damping moment creates frictional forces between the friction liners 15 and the upper thrust plates 17. To increase the reliability of the elastic lateral support of the body on the railway carriage between the cams of the brackets 18 of the upper side support and the brackets 19 of the lower support , the value of which depends on the maximum weight of the body, the friction coefficient of the friction side bearing and the horizontal stiffness of the elastic support element during its deformation and a shift in the direction of motion Slides.

Claims

The communication device of the body of a railway vehicle with a trolley, consisting of multifunctional supports mounted on the side frames, which are elastically supported by wheel pairs and connected by a transverse beam with a cutout for a king pin, characterized in that a ring with pivotally attached to them is mounted on the kingpin by means of antifriction gaskets rods located symmetrically with respect to the vertical axis of the body at a certain angle to the horizontal, oriented perpendicular to the longitudinal axis of the body, their second ends pivotally connected with composite friction sliders located in profiled horizontal guides of the transverse beam and in contact with the inner axially located in this beam when the car is not loaded, and with external coil springs, the outer springs being installed with adjustable preload and abut against in the said guide rings, through the central holes of which internal springs pass, the lengths of the protruding parts of which depend on the difference of the static deflections of the side supports from loaded to empty conditions of the car, the angle of inclination and the length of the said rods, and the upper base plate of the side support, equipped with brackets, is supported by a friction material from a friction material on a set of its elastic elements mounted on the lower base plate with brackets, while the distance between the working vertical surfaces of these mentioned brackets is made with a gap depending on the vertical load on the support, as well as on the friction coefficient of the side bearing on the base plate and g rizontalnoy stiffness elastic support member when the shear deformation in the direction of movement Slides.