EA013652B1 - Вагонная железнодорожная тележка и ее элементы - Google Patents

Abstract

Предложена железнодорожная грузовая тележка, которая имеет надрессорную балку и пару боковин, причем надрессорная балка установлена поперечно относительно боковин. Установочная поверхность между концами осей и буксовыми челюстями боковин обеспечивает качание боковин аналогично тележкам с люлечным подвешиванием. Поперечное качание сочетается с способностью к продольному самоподруливанию. Способность к самоподруливанию может быть получена путем применения продольных качалок, которые обеспечивают сопротивление отклонению, пропорциональное нагрузке на сопряжение. Тележка может иметь вспомогательные центрирующие элементы, установленные в гнездах буксовой челюсти, и эти вспомогательные центрируемые элементы могут быть выполнены из упругих эластомерных материалов. Тележка также может иметь фрикционные гасители колебаний, не склонные к скачкообразному движению. Гасители колебаний могут быть снабжены тормозными накладками или подобными элементами, установленными либо на гранях, сопрягаемых со стойками боковин, либо на наклонной грани, либо на обеих поверхностях. Силы трения, возникающие при перемещении фрикционных гасителей колебаний вверх и вниз, могут быть неравны. Фрикционные гасители колебаний могут располагаться в виде четырехугольника на каждом конце надрессорной балки. Рессорные комплекты могут включать подгруппы пружин различной высоты.

Description

Область техники изобретения

Настоящее изобретение относится к области железнодорожных вагонов, и особенно к области трехэлементных тележек для железнодорожных вагонов.

Предпосылки изобретения

Железнодорожные вагоны в Северной Америке обычно устанавливаются на двухосные поворотные тележки, известные как трехэлементные тележки. Данный термин обязан своим возникновением трем основным элементам - надрессорной балке тележки и двум ее боковинам. В указанном типе тележки надрессорная балка устанавливается перпендикулярно боковинам, причем концы надрессорной балки входят в проемы боковин. Возникающие усилия распределяются между надрессорной балкой и боковинами через рессорные комплекты, установленные в гнездах боковин. Боковины передают усилия на буксовые челюсти. Челюсти опираются на надставки подшипников, откуда нагрузка передается в свою очередь на подшипники, оси, колеса и, наконец, на рельсы. В Энциклопедии вагонов и локомотивов (издание 1980 г.) на стр. 669 по поводу трехэлементной тележки написано следующее: данная конструкция обеспечивает взаимозаменяемость, надежность и обладает низкой себестоимостью, но это достигается за счет посредственных ходовых качеств и высокой стоимости облуживания вагонов и тележек.

Ходовые качества можно оценить по ряду критериев. Например, продольные характеристики, определяющие максимальное допустимое продольное ускорение при прохождении сортировочной горки или при безгорочной сортировке, или же скачкообразное движения при разгоне или торможении. Кроме этого, вертикальные ходовые качества, которые почти полностью определяются передачей вертикальных усилий через подвеску. Боковые ходовые качества, определяющие боковые реакции подвески. Следует учитывать такие явления как рысканье тележки, способность тележки к самоподруливанию, и, наконец, способность гасить колебания вне зависимости от характера неровностей. Данные явления взаимосвязаны, и оптимизация подвески на необходимые отклики по одному параметру может привести к ухудшению ходовых качеств по другим.

При оптимизации характеристик тележки предпочтительно добиться относительно мягких динамических характеристик по боковому и вертикальному возмущениям, обеспечить разумные параметры самоподруливания, и постараться сохранить устойчивость к забеганию боковин тележки (так называемый перекос). Забегание или перекос представляет собой деформацию тележки, приводящую к отклонению от перпендикулярного взаимного расположения надрессорной балки и боковин тележки. Наличие самоподруливания предпочтительно, поскольку оно может снизить сопротивление движению, а также может снизить износ как колесных пар, так и тележки, в итоге обеспечивая более высокие ходовые характеристики.

Среди рассматриваемых типов тележек также находятся тележки с качающимися боковинами. Ранее выданным патентом на поворотную тележку является патент И8 3670660 Вебера и др., выданный 20 июня 1972. Данная тележка имеет неподрессоренное поперечное крестообразное крепление балки, которая соединяет вместе боковины. В отличие от указанной конструкции в описываемом ниже варианте осуществления изобретения не используются поперечные неподрессоренные крестообразные связи, а могут использоваться гасители колебаний, монтируемые в каждом конце надрессорной балки. Ранее выдан патент на гасители колебаний - патент ϋδ 3714905 Барбер, выдан 6 февраля 1973.

Краткое описание изобретения

Настоящее изобретение, во всех его разнообразных аспектах, предусматривает создание железнодорожной вагонной тележки с качающимся боковинами и самоподруливанием. Также изобретением предусматривается надставка подшипника, устанавливаемая на корпус роликового подшипника колесной пары железнодорожной тележки.

Согласно одному аспекту изобретения предложена надставка подшипника, устанавливаемая на корпус роликового подшипника колесной пары железнодорожной тележки, имеющего ось вращения, и содержащая верхнюю часть и нижнюю часть, включающую две дуги, предназначенные для устанавки на корпус подшипника и отстоящие от указанного подшипника в осевом направлении, первый конец и второй конец, каждый из которых имеет первый и второй угловые упоры, причем каждый конец и его соответствующие угловые упоры образуют канал для установки упорных блоков буксовой челюсти железнодорожной тележки, а указанная верхняя часть имеет выполненую на ней дугообразную поверхность, сформированную на некотором теле вращения вокруг оси, параллельной оси вращения подшипника.

Особенностью данного изобретения является то, что поверхность верхней части надставки подшипника может быть выполнена дугообразной также вокруг оси вращения, перпендикулярной к оси вращения подшипника.

Еще одной особенностью изобретения является то, что нижняя часть надставки подшипника может иметь выполненное в ней гнездо, а верхняя часть может представлять собой вставку, установленную в это гнездо. Кроме того, верхняя часть надставки подшипника может быть выполнена из материала, отличного от материала нижней части.

Дугообразная поверхность может быть сферической. Также дугообразная поверхность может иметь радиус кривизны, находящийся в пределах от 20 до 50 дюймов.

Нижняя часть надставки подшипника может быть выполнена рельефной над верхней мертвой точ

- 1 013652 кой обоймы подшипника.

Согласно другому аспекту изобретения предложена железнодорожная тележка, имеющая поперечную надрессорную балку, смонтированную на первой и второй боковинах, имеющую первый и второй концы, причем указанные боковины установлены с возможностью качания в поперечном направлении на концах указанной балки на соответствующих первом и втором рессорных комплектах, указанные боковины установлены с возможностью самоподруливания на первой и второй колесной паре, каждый из рессорных комплектов имеет первую, вторую, третью и четвертую угловые пружины, а тележка имеет первый, второй, третий и четвертый гасители колебаний, каждый из которых установлен над соответствующей первой, второй, третьей и четвертой угловой пружиной.

Особенностью данного изобретения является то, что элементы самоподруливания могут быть установлены между буксовыми челюстями указанных боковин и колесными парами и могут иметь характеристику отклонение/нагрузка, которая является функцией вертикальной нагрузки.

Другой особенностью изобретения является то, что железнодорожная тележка может иметь номинальную грузоподъемность, боковины могут быть установлены с возможностью поперечного качания и иметь сопротивление поперечному качанию, к_{реп4и1ит}, рессорные комплекты могут иметь сопротивление поперечной деформации сдвига к_{8ргтд8Ьеаг}; а при указанной номинальной грузоподъемности сопротивление поперечному качанию к_{реп4и1ит} меньше, чем сопротивление поперечной деформации сдвига к_{8р1П88Ьеаг}. Сопротивление поперечному качанию к_{реп4и1ит} может находиться в пределах от 0,95 до 2,6 дюйм-фунтов на радиан на фунт веса вертикальной нагрузки.

Железнодорожная тележка может иметь надставки подшипников, установленные между боковинами и колесными парами и имеющие дугообразную верхнюю поверхность, изогнутую вдоль соответствующих боковин. Также надставки подшипников, установленные между указанными боковинами и указанными колесными парами, могут иметь дугообразную верхнюю поверхность, которая изогнута в продольном и в поперечном направлении.

Особенностью данного изобретения является то, что гасители колебаний могут содержать клинья гасителей колебаний, которые имеют первичный угол, превышающий 35°. Гасители колебаний могут иметь неметаллическую поверхность износа. Кроме того, гасители колебаний могут вызывать появление силы Т_ир при движении вверх относительно боковины, и силы Е,|_о,,_;|| при движении вниз относительно боковины, а отношение силы Т_ир к силе Е_4о»_п может находиться в пределах от 2:3 до 3:2.

Другой особенностью изобретения является то, что железнодорожная тележка имеет фрикционные накладки стойки боковины, которые расположены поперек указанных боковин и выполнены плоскими, гасители колебаний взаимодействуют с фрикционными накладками стоек боковин, а растояние между выступами в тележке, обеспечивающее перемещение надрессорной балки относительно каждой боковины в обе стороны от нейтрального положения по меньшей мере на 3/4 дюйма.

Каждая из указанных угловых пружин может иметь другую пружину, размещенную в ней.

Железнодорожная тележка может иметь номинальную грузоподъемность, равную нагрузке в 70 тонн на тележку стандартных типоразмеров ЛАК.

Эти и другие аспекты и особенности изобретения более подробно объясняются далее в подробном описании изобретения и сопровождающих это описание чертежах.

Краткое описание чертежей

Основные идеи изобретения становятся более понятными при его рассмотрении в сопровождении пояснительных фигур, на которых приводятся примеры иллюстративных вариантов осуществления изобретения, или самих вариантов осуществления изобретения, соответствующих основным идеям и аспектам изобретения; описание фигур приведено ниже:

На фиг. 1а приведена изометрическая проекция примера варианта осуществления железнодорожной тележки согласно аспектам данного изобретения;

на фиг. 1Ь - вид сверху на железнодорожную тележку из фиг. 1а;

на фиг. 1с - вид сбоку на железнодорожную тележку из фиг. 1а;

на фиг. 1й - покомпонентное изображение части тележки, аналогичной приведенной на фиг. 1а;

на фиг. 1е - покомпонентное изображение в разрезе варианта трехэлементной тележки, отличного от фиг. 1а, в которой гасители колебаний установлены вдоль осевых групп рессорного комплекта;

на фиг. 1ί - изометрическая проекция примера варианта осуществления железнодорожной тележки согласно аспектам данного изобретения;

на фиг. 1д - вид сбоку на железнодорожную тележку из фиг. 11;

на фиг. 111 - вид сверху на железнодорожную тележку из фиг. 11;

на фиг. 11 - одна половина вида в разрезе с конца тележки с фиг. 11 и вторая половина в разрезе по центру тележки;

на фиг. 1 - схема расположения пружин в тележке по фиг. 11;

на фиг. 2а показан увеличенный подробный вид сбоку на тележку, аналогичную приведенным на фиг. 1а, 1Ь, 1с или 1е в разрезе по сопряжению буксовой челюсти/надставки подшипника;

на фиг. 2Ь - боковой поперечный разрез по сопряжению буксовая челюсть/надставка подшипника из фиг. 2а, в разрезе по осевой линии оси колесной пары;

- 2 013652 на фиг. 2с показан поперечный разрез конструкции из фиг. 2Ь при поперечном отклонении;

на фиг. 2ά - продольный разрез сопряжения опорная поверхность буксовой челюсти/надставка подшипника по фиг. 2а, выполненный по продольной плоскости симметрии надставки подшипника;

на фиг. 2е - продольный разрез конструкции по фиг. 2ά при продольном отклонении;

на фиг. 2Г - подробный вид сверху на конструкцию по фиг. 2а;

на фиг. 2д - комбинированное сечение по нескольким плоскостям надставки подшипника по фиг. 2а, по линиям разрезе '2д-2д' фиг. 2а;

на фиг. 3а - покомпонентный вид в изометрической проекции варианта сопряжения буксовая челюсть/надставка подшипника, отличного от приведенного на фиг. 2а;

на фиг. 3Ь - вариант сопряжения надставка подшипника/опорная поверхность буксовой челюсти, отличного от приведенного на фиг. 3 а;

на фиг. 3с - вид в разрезе на блок с фиг. 3Ь, выполненный по продольной вертикальной плоскости симметрии последнего;

на фиг. 3ά - комбинированный подробный вид в разрезе блока с фиг. 3Ь, выполненный по плоскости 3ά-3ά' с фиг. 3с;

на фиг. 3е - покомпонентное изображение варианта осуществления сопряжения буксовая челюсть/надставка подшипника, отличного от приведенного на фиг. 3 а;

на фиг. 4а - изометрическая проекция подушки фиксатора с фиг. 3 а, вид сверху и сбоку;

на фиг. 4Ь - вид сверху и сзади в изометрической проекции на подушку фиксатора фиг. 4а;

на фиг. 4с - вид снизу на подушку фиксатора с фиг. 4а;

на фиг. 4ά - вид спереди на подушку фиксатора с фиг. 4а;

на фиг. 4е - вид в разрезе по плоскости '4е-4е' из фиг. 4ά подушки фиксатора с фиг. 4а;

на фиг. 5 - вариант надрессорной балки, аналогичной приведенной на фиг. 1ά, с двумя разнесенными гнездами надрессорной балки, и вставками первичных и вторичных клиньев;

на фиг. 6а - поперечное сечение варианта гасителя колебаний, который может использоваться, например, в надрессорной балке тележек с фиг. 1а, 1Ь, 1с, 1ά и 1Г;

на фиг. 6Ь - гаситель колебаний из фиг. 6а со снятыми фрикционными накладками;

на фиг. 6с - вид с обратной стороны на фрикционные накладки гасителя колебаний с фиг. 6а;

на фиг. 7а - вид спереди на фрикционный гаситель колебаний тележки, применяемый, к примеру, в варианте на фиг. 1а;

на фиг. 7Ь - вид сбоку на гаситель колебаний с фиг. 7а;

на фиг. 7с - вид сзади на гаситель колебаний с фиг. 7Ь;

на фиг. 7ά - вид сверху на гаситель колебаний с фиг. 7а;

на фиг. 7е - вид в поперечном разрезе по осевой линии гасителя колебаний с фиг. 7а, разрез выполнен по плоскости 7е-7е' фиг. 7с;

на фиг. 7Г - вид в разрезе гасителя колебаний по плоскости '7Г-7Г ' из фиг. 7е;

на фиг. 7д - изометрическая проекция варианта гасителя колебаний, отличного от приведенного на фиг. 7а, с фрикционными накладками на концах;

на фиг. 711 - изометрическая проекция еще одного варианта гасителя колебаний, отличного от приведенного на фиг. 7а, с фрикционными накладками на концах, нанесенными обертыванием;

на фиг. 8а - покомпонентный вид в изометрической проекции варианта сопряжения буксовая челюсть/надставка подшипника, отличного от приведенного на фиг. 3 а;

на фиг. 8Ь - изометрическая проекция в собранном виде надставки подшипника по фиг. 8а;

на фиг. 8с - блок по фиг. 8Ь со снятым качающимся элементом;

на фиг. 8ά - продольный разрез блока по фиг. 8Ь в собранном состоянии;

на фиг. 8е - вид в разрезе по плоскости '8е-8е' из фиг. 8ά блока из фиг. 8Ь;

на фиг. 8Г - поперечный разрез блока по фиг. 8Ь в собранном состоянии;

на фиг. 9а - покомпонентный вид в изометрической проекции варианта блока, отличного от приведенного на фиг. 3а;

на фиг. 9Ь - покомпонентный вид в изометрической проекции, аналогичный виду на фиг. 9а, с указанием блока надставки подшипника, включающего эластомерную подушку;

на фиг. 10а - покомпонентный вид в изометрической проекции варианта блока, отличного от приведенного на фиг. 3а;

на фиг. 10Ь - вид в перспективе сбоку блока надставки подшипника из фиг. 10а, приведенного выше;

на фиг. 10с - вид в перспективе снизу надставки подшипника с фиг. 10Ь;

на фиг. 10ά - вид снизу надставки подшипника по фиг. 10Ь;

на фиг. 10е - продольный разрез надставки подшипника с фиг. 10Ь по сечению '10е-10е' с фиг. 10ά; и на фиг. 10Г - поперечный разрез надставки подшипника с фиг. 10Ь по сечению '10Г-10Г с фиг. 10ά;

на фиг. 11а - покомпонентный вид надставки подшипника, приведенной на фиг. 3 а;

на фиг. 11Ь - вид надставки подшипника с фиг. 11а снизу и сбоку;

- 3 013652 на фиг. 11с - вид сверху надставки подшипника из фиг. 11Ь;

на фиг. 116 - продольный разрез надставки подшипника с фиг. 11с по сечению '116-116';

на фиг. 11е - поперечный разрез надставки подшипника с фиг. 11с по сечению '11е-11е'; и на фиг. 11Г - несколько видов упругой подушки блока с фиг. 11а;

на фиг. 11д - вид надставки подшипника с фиг. 11а сверху и сбоку;

на фиг. 12а - покомпонентный вид в изометрической проекции варианта сопряжения буксовая челюсть/надставка подшипника, отличного от приведенного на фиг. За;

на фиг. 12Ь - продольный разрез по центру блока с фиг. 12а в собранном состоянии;

на фиг. 12с - разрез по сечению '12с-12с' с фиг. 12Ь и на фиг. 126 - разрез по сечению '126-126' с фиг. 12Ь;

на фиг. 13а - вид сверху на вариант осуществления надставки подшипника и основания буксовой челюсти, который может применяться в буксовой челюсти боковины, аналогичной приведенной на фиг. 2а, в которой гнездо буксовой челюсти развернуто для показа охватывающей выемки в сопряжении с надставкой подшипника;

на фиг. 13Ь - вид сбоку на надставку подшипника и гнездо по фиг. 13 а;

на фиг. 13с приведен продольный разрез надставки подшипника по фиг. 13а, выполненный по сечению '13с- 13с' фиг. 136;

на фиг. 136 - вид с конца на надставку подшипника и гнездо буксовой челюсти по фиг. 13 а;

на фиг. 13е - поперечный разрез надставки подшипника по фиг. 13 а, выполненный по осевой линии оси колесной пары;

на фиг. 13Г - сечение в поперечной плоскости симметрии сопряжения надставки подшипника и гнезда буксовой, приведенного на фиг. 13е, с развернутой качалкой и деталями гнезда;

на фиг. 13д - поперечный разрез по продольной плоскости симметрии сопряжения надставки подшипника и гнезда буксовой челюсти, приведенного на фиг. 13Г;

на фиг. 14а - изометрическая проекция варианта осуществления надставки подшипника и гнезда буксовой челюсти, приведенных на фиг. 13а с полностью кривой верхней поверхностью;

на фиг. 14Ь - вид сбоку на надставку подшипника и гнездо по фиг. 14а;

на фиг. 14с - вид с конца на надставку подшипника и гнездо буксовой челюсти по фиг. 14а;

на фиг. 146 - поперечный разрез по продольной плоскости симметрии сопряжения надставки подшипника и гнезда буксовой челюсти, приведенного на фиг. 14а;

на фиг. 14е - поперечный разрез по поперечной плоскости симметрии сопряжения надставки подшипника и гнезда буксовой челюсти, приведенного на фиг. 14а;

на фиг. 15а - вид сверху на вариант осуществления надставки подшипника и развернутый вид на вариант охватывающего гнезда буксовой челюсти, приведенного на фиг. 13 а;

на фиг. 15Ь - продольное сечение надставки подшипника с фиг. 15а;

на фиг. 15с - вид с конца на надставку подшипника и гнездо по фиг. 15а;

на фиг. 16а - изометрическая проекция еще одного варианта осуществления сопряжения надставки подшипника и гнезда с фиг. 13а, в котором рабочие поверхности надставки подшипника и гнезда буксовой челюсти имеют форму седла;

на фиг. 166 - вид с конца на надставку подшипника и гнездо буксовой челюсти по фиг. 16а;

на фиг. 16с - вид с боку на надставку подшипника и гнездо буксовой челюсти по фиг. 16а;

на фиг. 166 - поперечный разрез надставки подшипника и гнезда буксовой челюсти по фиг. 16а;

на фиг. 16е - продольный разрез надставки подшипника и гнезда буксовой челюсти по фиг. 16а;

на фиг. 16Г показан поперечный разрез сопряжения надставки подшипника и гнезда буксовой челюсти, с развернутыми элементами, как показано на фиг. 16а;

на фиг. 16д - продольный разрез сопряжения надставка подшипника и гнезда буксовой челюсти по фиг. 16Г;

на фиг. 17а - покомпонентный вид сбоку на еще один вариант сопряжения надставки подшипника и гнезда, приведенного на фиг. 13 а, в котором имеется пара цилиндрических качающихся элементов и шарнирное соединение между ними;

на фиг. 17Ь - покомпонентный вид с конца на надставку подшипника и гнездо буксовой челюсти по фиг. 17а;

на фиг. 17с - поперечный разрез сопряжения надставки подшипника и гнезда буксовой челюсти, приведенного на фиг. 17а в собранном состоянии, выполненный по продольной осевой линии;

на фиг. 176 - поперечный разрез сопряжения надставки подшипника и гнезда буксовой челюсти, приведенного на фиг. 17а в собранном состоянии, выполненный по поперечной осевой линии;

на фиг. 17е - возможные перемещения в узле по фиг. 17а;

на фиг. 18а - покомпонентный вид варианта осуществления сопряжения надставки подшипника и гнезда буксовой челюсти, приведенного на фиг. 17а, в котором имеется эластомерный промежуточный элемент;

на фиг. 18Ь - покомпонентный вид в разрезе на блок с фиг. 18а;

на фиг. 19а показан вид сбоку на вариант узла с фиг. 13а или 16а, в котором применяется эласто

- 4 013652 мерная подвижная подушка и качающаяся в поперечном направлении качалка;

на фиг. 19Ь - поперечный разрез узла по фиг. 19а, выполненный по осевой линии оси колесной пары;

на фиг. 19с для узла, приведенного на фиг. 19а, показан поперечный разрез по продольной плоскости симметрии надставки подшипника;

на фиг. 196 показан вид в разрезе сверху узла с фиг. 19а, причем разрез выполнен по ступенчатому сечению, обозначенному '196-196';

на фиг. 19е - вид с конца на вариант качалки, приведенной на фиг. 19а, в которой применяется эластомерная подушка;

на фиг. 19Г - вид в перспективе вариант подушки по фиг. 19е;

на фиг. 20а - вид надставки подшипника, используемой в узле по фиг. 19а;

на фиг. 20Ь - вид сверху на надставку подшипника по фиг. 20а;

на фиг. 20с - продольное сечение надставки подшипника по фиг. 20а;

на фиг. 21а - изометрическая проекция подушки надставки из узла по фиг. 19а;

на фиг. 21Ь - вид сверху на надставку подшипника по фиг. 21а;

на фиг. 21с - вид сбоку на подушку основания по фиг. 21а;

на фиг. 21с - половина продольного сечения надставки подшипника по фиг. 21а;

на фиг. 21е - изометрическая проекция качалки, применяемой с прокладкой надставки по фиг. 21а;

на фиг. 21Г - вид сверху на качалку с фиг. 21а;

на фиг. 21д - вид с конца на качалку по фиг. 21а;

на фиг. 22а - вид с конца на вариант сопряжения колесная пара/буксовая челюсть, приведенного на фиг. 2а, в котором присутствуют прилегающие дуговидные элементы, качающиеся в двух направлениях, причем один из них является внешней частью подшипника;

на фиг. 22Ь - поперечный разрез узла с фиг. 22а по плоскости '22Ь-22Ь' фиг. 22а;

на фиг. 22с - поперечный разрез узла по фиг. 22а, если смотреть в направлении, обозначенным стрелкой '22с-22с' на фиг. 22Ь;

на фиг. 23 а - вид с конца на вариант узла по фиг. 22а, в который входит качающийся в одном направлении (вперед/назад) качающийся элемент;

на фиг. 23Ь - поперечное сечение по плоскости '23Ь-23Ь' по фиг. 23а;

на фиг. 24а - изометрическая проекция варианта трехэлементной тележки, отличной от приведенной на фиг. 1а;

на фиг. 24Ь - вид сбоку на трехэлементную тележку с фиг. 24а;

на фиг. 24с -вид сверху на половину трехэлементной тележки с фиг. 24а;

на фиг. 246 - частичный разрез тележки с фиг. 24Ь, выполненный по плоскости '246-246';

на фиг. 24е - частичная изометрическая проекция надрессорной балки трехэлементной тележки с фиг. 24а, а также выделены гнезда фрикционных гасителей колебаний;

на фиг. 24Г - силовая схема расположения по четырем углам гасителей колебаний, таких как, например, в тележке на фиг. 1а, 1Г и 24а;

на фиг. 25а - вид сбоку на вариант трехэлементной тележки, отличный от приведенного на фиг. 24а;

на фиг. 25Ь - вид сверху на половину трехэлементной тележки с фиг. 25а и на фиг. 25с - частичный разрез тележки с фиг. 25а, выполненный по плоскости '25с-25с';

на фиг. 256 - покомпонентная изометрическая проекция надрессорной балки и боковины с фиг. 25а, в которых имеются работающие в горизонтальной плоскости гасители колебаний с пружинным приводом с пониженной склонностью к скачкообразному движению;

на фиг. 26а - вариант надрессорной балки с фиг. 24е, с увеличенным вдвое гнездом гасителей колебаний для установки большого одиночного клина с сварной вставкой;

на фиг. 26Ь - вариант двойного клина для надрессорной балки по фиг. 26а;

на фиг. 27а - вариант надрессорной балки, аналогичный приведенному на фиг. 5, но с разъемными клиньями;

на фиг. 27Ь - надрессорная балка, аналогичная приведенной на фиг. 24а, в которой гнездо под клинья имеет первичный и вторичный углы, и в которой применяются разрезные клинья;

на фиг. 27с - вариант ступенчатого клина для надрессорной балки по фиг. 27Ь;

на фиг. 28а - вариант надрессорной балки и клиньев, отличный от приведенного на фиг. 17Ь, со вторичными углами клиньев; и на фиг. 28Ь - вариант ступенчатого клина для надрессорной балки по фиг. 28а;

Подробное описание изобретения

Изобретение и варианты его осуществления описываются в данном разделе с помощью примеров, или описания отдельных вариантов осуществления изобретения, соответствующих положениям настоящего изобретения.

Указанные примеры приводятся в целях разъяснения положений изобретения и никоим образом не ограничивают эти положения. В описании одинаковые детали промаркированы одинаковыми номерами по всему разделу и по всем чертежам. Чертежи не всегда приведены в масштабе, а в некоторых примерах

- 5 013652 и вовсе гиперболизированы, если это помогает четко изложить особенности изобретения.

В целях единства номенклатуры и исключения ошибок в ориентации для каждой железнодорожной тележки, описываемой в данном разделе, принято, что продольное направление совпадает с направлением движения вагона, или модуля железнодорожного вагона, в случае, если он находится на маневровом (то есть, прямом) пути. В случае, если железнодорожный вагон имеет хребтовую балку, продольное направление определяется как параллельное хребтовой балке, и параллельное нижнему рамному брусу, если таковой имеется.

Если не указано иное, при указании вертикального направления, вверх или вниз, в качестве точки отсчета используется верх полотна рельса (ТОК).

Термин поперечный, или внешне поперечный относится к расстоянию или ориентации относительно продольной осевой линии вагона, или модуля. Термин внутренне поперечный, или внешне продольный описывает расстоянии относительно середины пролета поперечного сечения вагона или модуля. Под продольным движением понимается угловое перемещение вагона по горизонтальной оси, перпендикулярной продольному направлению. Под рысканьем понимается угловое перемещение вагона относительно вертикальной оси. Под креном понимается угловое перемещение относительно продольной оси.

Данное описание относится к тележкам железнодорожных вагонов и деталям тележек. Несколько стандартных ААК типоразмеров вагонов приведены на странице 711 Энциклопедии вагонов и локомотивов (1997). В соответствии с этим документом для одного вагона с двумя тележками нагрузка на тележку в 40 тонн соответствует максимальной массе-брутто вагона (С\УВ) в 142000 фунтов. Аналогично, 50 тонн соответствует 177000 фунтам, 70 тонн - 220000 фунтам, и 100 тонн - 263000 фунтам, и, наконец, 125 тонн соотвестсвует 315000 фунтам. В каждом случае предельная нагрузка на тележку равняется половине максимальной массы-брутто. Два других типа - это тележка с нагрузкой 110 тонн для вагонов с 6\νΒ равной 286000 фунтов, и 70 тонн специальная низкопрофильная тележка, иногда применяемая в вагонах для перевозки легковых автомобилей. В качестве допущения принято, что железнодорожные тележки, описываемые в данном документе, имеют как продольную, так и поперечную, оси симметрии, то есть описание одной половины также равносильно и для другой, разумеется, с учетом лево- и правосторонних деталей.

Это относится к фрикционным гасителям колебаний железнодорожных тележек и множественным системам фрикционных гасителей колебаний. Существует несколько вариантов компоновки гасителей колебаний, некоторые из которых приведены на стр. 715-716 Энциклопедии вагонов и локомотивов (1997) (в качестве ссылок указаны номера страниц). Двойная компоновка гасителей колебаний описана в патентной заявке США издание № ИЗ 2003/0041772А1, 6 марта 2003, называющейся Железнодорожные грузовые вагоны с амортизированной подвеской, и также используемой в данном документе в качестве ссылки. Каждая компоновочная схема гасителей колебаний, приведенная в патентах 715-716 Энциклопедии вагонов и локомотивов (1997), может быть изменена для реализации четырехугольной двойной компоновки гасителей (внутренние и внешние гасители колебаний) в соответствии с положениями настоящего изобретения.

Клинья гасителей колебаний также описываются в настоящем документе. Согласно общепринятой терминологии клинья устанавливаются в скошенные гнезда надрессорной балки, выполненные в конце надрессорной балки. В поперечном сечении каждый клин может иметь треугольную форму, причем одна из граней треугольника может являться, или может иметь, опорную поверхность, вторую грань, которая может быть находиться снизу, образуя гнездо рессорного комплекта, а третья грань является наклонной стороной, или гипотенузой, между двумя указанными гранями. Первая грань может иметь в основном плоскую опорную поверхность для вертикального перемещения по прилегающей опорной поверхности одной из стоек боковины. Вторая грань может не являться такой поверхностью, а вместо этого может иметь гнездо для установки верхнего конца пружин рессорного комплекта. Хотя третья грань (гипотенуза) может быть в основном плоской, она может быть слегка цилиндрической, с радиусом кривизны около 60. Цилиндрическая часть может располагаться как вдоль, так и поперек наклонной поверхности. Концевые поверхности клиньев могут быть плоскими, и на них может быть нанесено покрытие, выполнена обработка поверхности, установлены фрикционные накладки или подушки для мягкого перемещения относительно гнезда надрессорной балки, или относительно прилегающей стороны другого независимого подвижного клина, в случае наличия таковых.

При эксплуатации вагона боковины могут вращаться в небольшой угловой амплитудой относительно оконечной части надрессорной балки для обеспечения выравнивания нагрузки между колесами. Округлая часть наклонной грани гасителя колебаний допускает такое движение путем качания гасителя колебаний относительно общей наклонной грани гнезда надрессорной балки, тогда как плоская опорная поверхность остается в неизменном поверхностном контакте с рабочей поверхностью стойки боковины. Хотя наклонная грань может иметь некоторую цилиндрическую часть, при описании она будет упоминаться как наклонная грань или гипотенуза и будет считаться приблизительно плоской.

Согласно используемой в документе терминологии, клинья имеют первичный угол α, который является углом между (а) наклонной гранью гнезда гасителя колебаний, устанавливаемого на надрессор

- 6 013652 ную балку, и (Ь) поверхностью стойки боковины, если смотреть с конца надрессорной балки в сторону центра тележки. В некоторых вариантах осуществления изобретения, можно выделить вторичный угол в плоскости угла α, а именно, плоскость, перпендикулярная вертикальной продольной плоскости (не наклонной) боковины, отклоненная от вертикали на первичный угол. То есть эта плоскость параллельна (не наклоненной) горизонтальной оси надрессорной балки, если смотреть вдоль задней стороны (гипотенузы) гасителя колебаний. Вторичный угол β определяется как поперечный передний угол, если смотреть на гаситель колебаний параллельно плоскости угла α. При ответных реакциях подвески при перемещении по рельсовому пути силы на клиньях, действующие на вторичный угол β стараются переместить гаситель колебаний либо внутрь, либо наружу, в зависимости от выбранного угла.

Общее описание особенностей тележки

На фиг. 1а и 1ί приведены примеры тележек 20 и 22, являющихся вариантами реализации аспектов изобретения.

Тележки 20 и 22 по фиг. 1а и 1ί могут иметь одинаковые, или подобные, характеристики и аналогичную конструкцию, и при этом могут отличаться по длине маятника, жесткости пружин, колесной базе, ширине и высоте проема боковины и схеме компоновки гасителей колебаний. То есть тележка 20 по фиг. 1ί может иметь более длинную колесную базу (от 73 до 86 дюймов, наиболее вероятно 80-84 дюйма для тележки 20, в отличие от колесной базы в 63-73 дюймов для тележки 22), кроме этого основной рессорный комплект может иметь меньшую жесткость, и наконец, возможно наличие группы гасителей колебаний, образующих прямоугольник, причем клиновые гасители колебаний могут иметь различные первичные и вторичные углы. В тележке 20 может применяться схема компоновки рессорного комплекта 5x3, тогда как в тележке 22 может применяться схема 3x3. Обе тележки пригодны для применения во множестве различных приложений, причем тележка 20 более подходит для перевозки относительно объемных материалов с низкой плотностью, как, например автомобили или потребительские товары, тогда как тележка 22 больше подходит для перевозки в грузовых вагонах плотных промышленных полуфабрикатов, таких как рулоны бумаги. Впрочем, возможно перенесение характеристик одного типа тележек на другой тип, поэтому приведение в примерах указанных особенностей дано только лишь для иллюстрации того, насколько широк диапазон типов тележек. Несмотря на разницу в размерах, сходные по назначению детали обозначаются одинаковыми номерами. Тележки 20 и 22 симметричны относительно как продольной, так и поперечной, или боковой, осевой линии. А в каждом случае, когда упоминается такой элемент как боковина, следует помнить, что тележка имеет две боковины и, следовательно, два рессорных комплекта, и так далее.

Каждая из тележек 20 и 22 имеет надрессорную балку 24 и боковины 26. Каждая боковина 26 имеет прямоугольный проем 28, в котором размещается один из концов 30 надрессорной балки 24. Верхняя граница проема 28 задана аркой боковины, или элементом, работающим на сжатие, в данном случае верхний элемент 32 пояса, а нижняя граница проема 28 задана элементом, работающий на растяжение, в данном случае - нижним элементом 34 пояса.

Передняя и задняя вертикальные части проема 28 образованы стойками 36 боковины. Оконечные части элемента растяжения изогнуты и соединяются с элементом сжатия. На каждом конце изогнутых оконечных частей боковины 26 находятся соединительные части буксовых челюстей или гнезда 38 буксовой челюсти. Каждая соединительная часть 38 вмещает верхнюю соединительную часть, под которой понимается качалка или гнездо, о чем рассказано ниже. Верхняя соединительная часть вне зависимости от того, какова она по конструкции, обозначена номером 40. С соединительной частью 40 взаимодействует ответная соединительная часть 42 верхней поверхности надставки 44 подшипника.

Надставка 44 подшипника включает подшипник 46, устанавливаемый на одном конце одной из осей оси 48 тележки вблизи одного из колес 50. Соединительная часть 40 располагается на передней и задней буксовых челюстях 38, причем соединительная часть 40 выровнена в продольном направлении так, что боковина способна качаться вбок от направления перемещения тележки.

Более подробно о сопрягаемых соединительных частях 40 и 42 рассказано ниже. Взаимодействие между соединительными частями определяет итоговое взаимодействие между оконечной частью оси колесной пары и буксовой челюстью. То есть, характер взаимодействия деталей определяется степенью свободы оконечной части оси по отношению к буксовой челюсти, которая реализуется через применение динамического сопряжения в узле, а именно сопряжения колесная пара/боковина, в которое входит подшипник, надставка подшипника, эластомерная подушка (в одном из вариантов), качалка (в одном из вариантов), гнездо буксовой челюсти, устанавливаемое внутри буксовой челюсти. Ниже описываются несколько различных вариантов осуществления сопряжения колесная пара/боковина. Поскольку подшипник 46 имеет одну степень свободы, а именно вращение относительно оси вала колесной пары, при рассмотрении можно сфокусироваться на сопряжении подшипника и гнезда буксовой челюсти, или сопряжении надставка подшипника/гнездо буксовой челюсти. В данном документе под позициями 40 и 42 понимается характерный узел надставки подшипника и гнезда буксовой челюсти, определяющий сопряжение между пятой буксовой челюсти и надставкой подшипника, и шесть степеней свободы, имеющихся в данном сопряжении, а именно вертикальное, продольное и поперечное перемещение (т.е. перемещение

- 7 013652 по осям ζ, х и у), а также качание, катание и вращение (т.е. вращательное движение по осям у, х и ζ соответственно) как ответная реакция на динамические изменения.

Нижний пояс или элемент растяжения боковины 26 может быть оборудован корытом или нижним гнездом 52 пружины, которое жестко устанавливается на него. Хотя тележки 22 могут иметь неподрессоренные поперечные связи, реализованные либо через поперечину, либо поперечные брусья, и в этом случае тележка 22 представляет собой поворотную тележку с поперечиной или иными поперечными связями, нижняя качающаяся опора гнезда 52 пружины может устанавливаться на качалке, что обеспечивает поперечное качание относительно боковины 26. Гнездо 52 пружины может иметь опорные зубы для фиксации пружин 54 или рессорного комплекта 56, будь то бобышки, выступы или и кольцевые захваты, для предотвращения срыва нижних частей пружин. Рессорный комплект, или набор пружин 56 устанавливается между удаленным концом 30 надрессорной балки 24 и гнездо пружины 52, и зажимается под действием веса корпуса вагона и груза, воздействующего на него через находящуюся сверху надрессорную балку 24.

Надрессорная балка 24 имеет двойные, внутренние и внешние, гнезда 60, 62 на каждой стороне наружной оконечности балки (то есть, всего 8 гнезд на балку, по 4 с каждого конца). В гнездах балки 60, размещаются 62 передние и задние пары клиньев первого и второго, внутреннего и внешнего поперечных фрикционных гасителей колебаний 64, 66 и 68, 70 соответственно. Каждое гнездо балки 60, 62 имеет наклонную поверхность или гнездо 72 гасителя колебаний, которая сопрягается с наклоненной аналогичным образом гипотенузой 74 клина гасителей колебаний 64, 66, 68 и 70. Каждый клин 64, 66 опирается на первую внутреннюю угловую пружину 76, 78, а клинья 68, 70 опираются на вторую внешнюю угловую пружину 80, 82. Наклонные грани 74 клиньев 64, 66 и 68, 70 упираются в наклонные поверхности соответствующих гнезд 72.

Пружины 96 в средней части комплекта находятся снизу площадки 98, расположенной между гнездами 60 и 62 надрессорной балки. Верхние концы центрального ряда пружин 100 упираются в основную центральную часть 102 конца надрессорной балки 24. В данном четырехугольнике каждый гаситель колебаний подпружинен одной из пружин рессорного комплекта. Статическое сжатие пружин под весом корпуса вагона и груза нагружает пружины и прижимает гаситель колебаний к скосу гнезда надрессорной балки, и, соответственно, увеличивает трение с рабочей поверхностью боковины. Фрикционное гашение колебаний работает, когда вертикальные поверхности скольжения 90 клиньев 64, 66 и 68, 70 фрикционных гасителей колебаний скользят вверх и вниз по фрикционным накладкам 92, установленным на внутренних поверхностях стоек 36 боковины. В некоторой степени, кинетическая энергия через трение преобразуется в тепло. И также за счет трения амортизируется перемещение надрессорной балки относительно боковин. Когда поперечные неровности рельсового пути передается на колеса 50, жесткая ось 48 вызывает отклонение боковин 26 в одном и том же направлении. То есть реакцией боковин 26 является качание, подобно маятнику, на верхних качалках. Вес маятника и реактивная сила, возникающая вследствие сжатия пружин, старается вернуть боковины в их начальное положение. Склонность к гармоническим колебаниям вследствие неровностей пути амортизируется трением гасителей колебаний по фрикционным накладкам 92.

По сравнению с надрессорной балкой с одиночными гасителями колебаний, как, например, устанавливаемые по осевой линии боковины, как показано на фиг. 1е, использование сдвоенных гасителей колебаний, как, например, разнесенные пары гасителей колебаний 64, 68, обеспечивает большее плечо момента, что определяется размером 2М на фиг. 16, в плане устойчивости к параллелограммоподобной деформации тележки 22. Использование сдвоенных гасителей колебаний обеспечивает большую возвратную выравнивающую силу, под действием которой тележка возвращается в исходное прямоугольное положение, нежели применение одиночных гасителей колебаний с восстановительным наклоном вследствие того, что выравнивающая сила увеличивается вместе с ростом деформации. То есть, при параллелограммоподобной деформации, забегании разность сжатия диагональной пары пружин (например, наиболее заметно могут быть сжаты внутренняя пружина 76 и внешняя пружина 82) относительно другой диагональной пары пружин (например, менее заметны, чем пружины 76 и 82 могут быть сжаты внутренняя пружина 78 и внешняя 80) обеспечивает возвратную пару моментов, действующих на фрикционные накладки боковин. Эта пара моментов стремится повернуть боковину в направлении, обеспечивающем прямоугольное положение тележки (то есть, в положение, в котором надрессорная балка перпендикулярна боковине). Таким образом, видно, что тележка обладает определенной гибкостью, и при ее деформации гасители колебаний работают как смещенные элементы между надрессорной балкой и боковинами для снятия деформации по типу параллелограмма, забеганию, деформации боковин относительно надрессорной балки и стремятся привести тележку в исходное положение.

Приведенное выше объяснение относится к тележкам 20 и 22, каждая из которых имеет рессорный комплект с тремя рядами пружин, между стойками боковин. Пара возвратных моментов гасителя колебаний в форме прямоугольника может объяснена подобный образом и для тележек с двумя рядами пружин в рессорном комплекте, как например тележка 400 из фиг. 14а-14е. Для наглядности нормальная сила на поверхности трения любого гасителя колебаний может быть представлена как поле давления, чье действие может быть приблизительно представлено через сосредоточенную нагрузку, действующую на

- 8 013652 среднюю точку поля давления, и чья величина равна общему значению поля давления по его площади. Центр данной распределенной силы, действующей на внутренние поверхности трения клина 440, прилегающего к стойке 428, может быть определен как сосредоточенная нагрузка, смещенная в поперечном направлении относительно диагонально внешней поверхности трения 443, прилегающей к стойке 430, на расстояние равное удвоенному размеру 'Ь', показанному на эскизе 1к. В примере на фиг. 14а это расстояние 2Ь равно приблизительно полному диаметру витку большей пружины в рессорном комплекте. Возвратный момент в таком случае будет равен МВ =[(В₁ +Е₃)-(Е₂ +Е₄)]Ь Также эту формулу можно записать в следующем виде: М_В =4к_сТап(е)Тап(0) Ь, где θ - первичный угол гасителя колебаний (описывается в данном документе как α), а к_с - вертикальная жесткость витка пружины, на которую опирается гаситель колебаний.

При любой схеме расположения пружин в рессорном комплекте, будь то 2 х 4, 3 х 3, 3: 2: 3 или 3x5, гасители колебаний могут быть установлены в форме прямоугольника. На часть силы сжатия пружины, воздействующей на клинья гасителя колебаний, может приходиться 25-50% для пружин равной жесткости. Если же пружины имеют различную жесткость, эта часть силы находится в диапазоне 20-35%. Группы витков могут иметь различную жесткость, в случае если внутренние витки имеются на одних пружинах, но отсутствуют на других, или если используются пружины, отличающиеся по жесткости.

С точки зрения авторов настоящего изобретения, может сложиться такая ситуация, что стремление сохранить прямоугольную форму по сопряжению надрессорная балка/боковина (т.е. посредством применения образующих прямоугольник гасителей колебаний) может привести к снижению стойкости в сохранении перпендикулярности по сопряжению буксовая челюсть/ось колесной пары. Это, в свою очередь, обеспечивает возможность применения упругое сопряжение оси (относительно вертикальной оси) и буксовой челюсти, и таким образом реализуется самоподруливание.

Опорная плита, то есть фрикционная накладка 92 (фиг. 1а) гораздо шире толщины боковин, если измерять, например, на буксовых челюстях, и может быть даже более широкой, чем принято повсеместно. Эта дополнительная ширина соответствует дополнительной суммарной ширине пролета гасителя колебаний, измеренному между парой гасителей, плюс указанное выше поперечное перемещение, обычно составляющее 1 1/2 (+/-) дюймов поперечного перемещения надрессорной балки относительно боковины в одну и в другую сторону от центрального положения. Таким образом, вместо ширины, равной одному витку плюс припуск на перемещение, накладка 92 может иметь ширину в три витка плюс припуск на установку в размере 1 1/2 (+/-) дюймов в одну из сторон относительно общей удвоенной амплитуды перемещения, равной 3 (+/-). Надрессорная балка 24 изнутри и снаружи имеет специальные выступы 106, 108 соответственно, которые ограничивают поперечное перемещение надрессорной балки 24 относительно стоек 36 боковин. Допуск на такое перемещение может лежать в диапазоне от (+/-) 1 1/8 до 1 3/4 дюйма, а само перемещение находится в диапазоне от 1 3/16 до 1 9/16 дюйма, и может быть настроена, например, на 1 1/2 или 1 1/4 дюйма поперечного перемещения от нейтрального положения, в котором боковина находится вертикально.

Нижние концы пружин всего рессорного комплекта, обычно обозначаемые 58, находятся в нижних гнездах 52 пружин. Нижние гнезда 52 пружин могут быть представлены как желоб с направленными кверху прямоугольными кромками.

Хотя в тележке 22 применяются рессорный комплект по схеме 3x3, данное описание относится ко всему многообразию схем компоновки. А именно: 3х5,2х4, 3:2:3 или 2:3:2, либо как-нибудь иные, и в схему компоновки может входить гидравлический амортизатор, или же сообразно предполагаемому применению тележки могут использоваться другие варианты компоновки пружин.

Фиг. 2а-2д

Поверхность качающегося сопряжения надставки подшипника может иметь форму свода, или образовывать вогнутую поверхность, аналогично тележке с качающимися боковинами, в которой контакт качения качалки обеспечивает поперечное качание боковины. Сопряжение надставка подшипника/гнездо буксовой челюсти может также иметь несколько профилей кривизны (передний и задний), и данный свод или полость, при определенной вертикальной нагрузке, оказывает более или менее линейное сопротивление отклонению в продольном направлении, аналогично действию пружин или эластомерной подушки.

Для поверхностей, находящихся в контакте качения и имеющих сложные профили кривизны (т.е., отличающиеся по профилям кривизны в двух направлениях), описываемых в данном документе, вертикальная жесткость может быть принята бесконечной (т.е. имеющей очень высокие значение жесткости по сравнению с жесткостью других элементов); продольная жесткость при рассмотрении передачи нагрузки в точке контакта также может быть принята бесконечной, при допущении, что поверхности не проскальзывают; поперечная жесткость при рассмотрении передачи нагрузки в точке контакта также может быть принята бесконечной, при допущении, опять же, что поверхности не проскальзывают. Жесткость на вращение относительно вертикальной оси может быть принята данной нулю или приближенно нулю. В отличие от последнего параметра, угловая жесткость по продольной и поперечной осям отлична от нуля. Поперечная угловая жесткость наиболее заметно влияет на эквивалентную жесткость маятника.

- 9 013652

Жесткость маятника прямо пропорциональна весу маятника. Аналогично, сопротивление на колесах вагона, и износ рельсового пути являются функциями веса, прикладываемого к колесам. По этой причине необходимость и выгода от самоподруливания будет наибольшей для полностью груженого вагона, и сохраняется общая закономерность между весом, прикладываемым к колесам, и увеличением жесткости механизма самоподруливания с ростом нагрузки.

Характеристики тележки могут варьироваться с изменением параметров трения поверхностей гасителей колебаний. Обычные гасители колебаний характеризуются коэффициентам динамического и статического трения, которые весьма заметно различаются, вызывая скачкообразное перемещение, что является вредным. И в связи с этим предпочтительно сочетать применение самоподруливания с применением гасителей колебаний со сниженной склонностью к скачкообразной работе.

Более того, хотя надставки подшипника могут изготовляться в относительно дешевых материалов, таких как чугун, в некоторых вариантах осуществления изобретения для изготовления качалки используются вставки из других материалов. И наконец, предпочтительно применять элементы, которые обеспечивают центровку качалки при установке, и которые также обеспечивают вспомогательную юстировку, при которой начальным рабочим положением качалки является наиболее энергетически выгодное положение.

На фиг. 2а-2д приведены варианты осуществления блока надставки подшипника и гнезд буксовой челюсти. Надставка 44 подшипника имеет нижнюю часть 112, в которой снизу размещается подшипник 46, который, в свою очередь, монтируется на конце вала, а именно оси 48. Надставка 44 подшипника имеет также верхнюю часть 114, через которую по центру проходит выступающая вверх соединительная часть в виде охватываемой части 116 надставки подшипника. Сопрягаемая с ней соединительная часть в виде охватывающей части 118 гнезда качалки жестко установлена в своде 120 буксовой челюсти. Поперечные выступы 122 находятся по центру относительно свода 120 буксовой челюсти. Верхняя соединительная часть 40, какого бы типа она не была, имеет корпус, который может иметь форму плиты 126, с поперечными краями в виде загнутых кверху лапок или язычков, или хвостовиков 124, разделенных прорезью, которые надежно фиксируют выступы 122 выше соединительной части 40 в таком положении, чтобы тыльная сторона плиты 126 соединительной части 40 упиралась в плоскую, передающую нагрузку поверхность свода 120. Верхняя соединительная часть 40 может представлять собой соединительную часть гнезда буксовой челюсти со снабженной выемкой охватывающей опорной поверхностью, а именно частью 118. Как показано на фиг. 2д при установке боковин на колесные пары, концевые углубления или каналы 128, находящиеся между угловыми опорами 132 надставки подшипника, устанавливаются между соответствующими буксовыми челюстями 130 боковин. В собранном состоянии надставка 44 подшипника, таким образом, удерживается на месте охватываемой и охватывающей частями (116 и 118) сопряжения надставки.

Охватываемая часть 116 (фиг. 26) имеет форму смотрящей вверх поверхности 142, которая характеризуется первым радиусом кривизны г₁ обеспечивающим качание в продольном направлении, и второй радиус кривизны г₂ (фиг. 2с), обеспечивающий качание (т.е. качающееся движение боковин) в поперечном направлении. Аналогично, в общем случае, охватывающая часть 118 имеет поверхность с первым радиусом кривизны К в продольном направлении, и второй радиус кривизны К₂ в поперечном направлении. Соединение г₁ с Κι обеспечивает качающееся движение в продольном направлении, причем сопротивление качанию пропорционально весу, приложенному к колесу. То есть сопротивление угловому отклонению пропорционально весу, а не является константой пружины. Посредством этого реализуется пассивное самоподруливание как на порожнем, так и на полностью груженом вагоне. Такое взаимодействие показано на фиг. 26 и 2е. На фиг. 26 показано центральное, неотклоненное положение, или положение покоя продольно качающихся элементов. На фиг. 2е показаны качающиеся элементы в состоянии максимального продольного отклонения. На фиг. 26 показано локальное состояние с минимальной потенциальной энергией системы. На фиг. 2е показана система с повышенной потенциальной энергией вследствие совершения работы силой Р, действующей в продольном направлении в горизонтальной плоскости через центр оси и подшипника С_в., которая стремится вызвать увеличение высоты буксовой челюсти. Другими словами, из-за того, что ось отклонена силой, качающееся соединение стремится поднять вагон, и следовательно, увеличивает его потенциальную энергию.

Предельное значение перемещения в продольном направлении достигается, когда концевая поверхность 134 надставки 44 подшипника, находящаяся между угловыми упорами 132, касается одного или другого ограничительного упора 136 упорных блоков буксовых челюстей 130. В общем случае это отклонение может быть измерено либо по угловому смещению осевой линии оси Θ1, либо по угловому смещению точки контакта качалки на радиусе г₁, обозначенном как θ₂. Концевая поверхность 134 надставки 44 подшипника является плоской, и отклонена на угол η от вертикали. Как показано на фиг. 2д, упорная поверхность 136 может иметь круглую, цилиндрическую дугу с основной осью цилиндра, направленной по вертикали. Типовой максимальный радиус К3 данной поверхности равен 34 дюймам. Когда надставка 44 подшипника полностью отклонена на угол η, концевая поверхность 134 должна упереться в упорную поверхность 136 с образованием линейного контакта. Когда это происходит, дальней

- 10 013652 шее продольное качание охватываемой поверхности (части 116) относительно охватывающей поверхности (части 118) невозможно. Таким образом, буксовые челюсти 130 ограничивают отклонение надставки 44 подшипника. Типовой диапазон значений угла η составляет около 3 угловых градусов. Типовое максимальное значение δ_1οη8 может находиться в диапазоне около +/- 3/16 дюйма в любую сторону от вертикали, то есть от состояния покоя.

Аналогично, как показано на фиг. 2Ь и 2с, сопряжение г₂ и Κ₂ обеспечивает поперечное качание, аналогично тележке с люлечным подвешиванием. На фиг. 2Ь показано центральное положение, положение с минимальной потенциальной энергией поперечной системы качания. На фиг. 2с показана та же система в отклоненном состоянии. В данном примере δ₂ приближенно равен (ЬрешШит-к) δίηφ. где 8ίηφ для малых углов приблизительно равен φ. Ь_реп4и1и_т может быть рассчитана как разность в состоянии покоя между высотами центра нижнего гнезда пружин 52 и сопряжением между охватываемой и охватывающей частями 116 и 118.

При приложении поперечной силы к подпятнику надрессорной балки сила реакции возникает только по сути на сопряжении колес с рельсами. Поперечное усилие передается от надрессорной балки на основные рессорные комплекты и затем преобразуется в поперечное усилие в гнездах пружин, стремящееся отклонить низ маятника. Сила реакции предается на надставку подшипника и, следовательно, на верхнюю часть маятника. Маятник отклонится в положение, в котором вес маятника, помноженный на плечо момента отклоненного маятника будет достаточен, чтобы уравновесить момент поперечной пары моментов, действующих на маятник.

Данный узел сопряжения надставка подшипника/гнездо буксовой челюсти наклоняется под действием силы тяжести, стремящейся вернуть маятник в центральное положение, или положение покоя, которое соответствует локальному минимуму потенциальной энергии системы. Полностью отклоненное положение, приведенное на фиг. 2е, соответствует отклонению от вертикали менее чем приблизительно на 10° (предпочтительнее менее 5°) в одну из сторон, причем фактический максимум определяется по расстоянию между выступами 106 и 108 относительно плиты 104. Хотя обычно Κι и Κ₂ могут отличаться друг от друга, так что охватывающая поверхность является наружной секцией тора, может быть необходимо, чтобы Κι и Κ₂ были равны, т.е. опорная поверхность охватывающей соединительной части являлась частью сферической поверхности, не имеющей главной и второстепенной оси, а просто образованная сферой определенного радиуса. Κι и Κ₂ обеспечивают самоцентровку. Эта способность может быть слабо выражена. Опять же, как общее условие, меньшее из Κι и К₂ может быть равно или превышать большее из г₁ и г₂. Если это наблюдается, способность точки контакта к передаче крутящего момента, действующего по оси, перпендикулярной к поверхностям качания в точке контакта, будет небольшой, а может и вовсе отсутствовать, так что поперечное и продольное качающееся движение разделены в плане передачи крутящего момента, и следовательно можно сказать, что применительно к указанным степеням свободы (вращение относительно вертикальной, или преимущественно вертикальной оси, перпендикулярной к поверхностям качания) сопряжение является податливым при кручении (то есть, сопротивление крутильному отклонению относительно оси, проходящей через эти поверхности в точке контакта может быть намного меньше чем, например, сопротивление поперечному угловому отклонению).

Для малых угловых отклонений это условие в отношении жесткости при кручении относительно перпендикулярной оси в точке контакта может соблюдаться даже, если меньший из охватывающих радиусов меньше, чем больший из охватываемых радиусов.

Хотя допускается равенство г₁ и г₂, так что выгнутая поверхность надставки подшипника (или гнезда буксовой челюсти при перевернутой компоновке сопряжения) является частью сферической поверхности, в общем случае η и г₂ могут отличаться, причем η скорее всего будет больше, возможно значительно больше, чем г₂. В общем, независимо от того, равны ли η и г₂ или нет, Κ! и К₂ могут быть одинаковы или различны. Если г₁ и г₂ отличаются друг от друга, то охватываемая поверхность соединительной части может являться частью поверхности тора. Следует также отметить, что при условии, что система стремится вернуться в состояние с минимальной энергией (т.е., оно восстанавливается само в ходе работы) в рамках одного из или обоих Κι и К₂ может быть бесконечно большим, может образоваться либо цилиндрическая частей, когда они оба бесконечно велики, либо плоскость. В еще одном варианте может наблюдаться такая ситуация, когда η = г₂, а Κι =Κ₂.

В одном из вариантов осуществления изобретения η может быть равен г₂, и может равняться 40 дюймам (+/-5 дюймов), а Κ1 равен Κ2, и оба они могут быть бесконечны, так что охватывающая поверхность может представлять собой плоскость.

Так же можно рассмотреть другие варианты форм качалки. В одном из вариантов Κ! = Κ₂ = 15 дюймам, Г| = 8 5/8 дюймов, и г₂ = 5 дюймам. В другом варианте осуществления изобретения Κ! = Κ₂ = 15 дюймам, г₁ = 10 дюймам, а г₂ = 8 5/8 дюйма (+/-). В другом варианте η = 8 5/8, г₂ = 5, Κ! = Κ₂ = 12 дюймам, и в еще одном варианте η = 12 1/2), г₂ = 8 5/8, а Κ! = Κ₂ = 15. В одном из вариантов Κ! = Κ₂ = ж а Τι =г₂ =40 дюймам. Радиус кривизны охватываемой продольной качалки η может быть менее 60 дюймов, и может лежать в диапазоне от 5 до 50 дюймов, либо от 8 до 40 дюймов или может равняться приблизительно 15 дюймам. Κ1 может быть бесконечным, или может быть менее 100 дюймов, и может находиться

- 11 013652 в диапазоне от 10 до 60 дюймов, или в более узком диапазоне от 12 до 40 дюймов, или же умноженный на коэффициент от 11/10 до 4 параметр г₁.

Радиус кривизны охватываемой поперечной качалки г₂ может находиться в диапазоне от 30 до 50 дюймов. В качестве альтернативы в другом типе тележки г₂ может быть меньше 25 или 30 дюймов и может лежать в диапазоне от 5 до 20 дюймов, г₂ может находиться в диапазоне от 8 до 16 дюймов, и может составлять приблизительно 10 дюймов. Если применяется качалка с линейным пятном контакта, г₂ может быть меньше, чем в другом случае, и возможно будет находиться в диапазоне от 3 до 10 дюймов, составляя приблизительно 5 дюймов.

В₂ может быть меньше 60 дюймов и может быть также меньше 25 или 30 дюймов, а также меньше, чем половина 60-дюймого радиуса выпуклости, упоминавшегося выше. В качестве альтернативы В₂ может лежать в диапазоне от 6 до 40 дюймов, и может также находиться в диапазоне от 5 до 15 дюймов в случае линейного контакта качения, В₂ может быть в 1 1/2-4 раза больше г₂. В одном из вариантов В₂ может быть приблизительно в два раза больше, чем г₂, (+/-20 %). Если применяется линейная качалка, В₂ может находиться в диапазоне от 5 до 20 дюймов или в более узком диапазоне от 8 до 14 дюймов.

Если сферическая охватываемая качалка используется вместе с сферической охватывающей шапкой, в некоторых вариантах осуществления изобретения охватываемый радиус может находиться в диапазоне от 8 до 13 дюймов и может равняться приблизительно 9 дюймам; охватывающий радиус может находиться в диапазоне от 11 до 16 дюймов и может равняться приблизительно 12 дюймам. В случае тороидальной или эллиптической поверхности, поперечный охватываемый радиус может равняться приблизительно 7 дюймам, продольный охватываемый радиус может составлять приблизительно 10 дюймов, поперечный охватывающий радиус - около 12 дюймов, и наконец, продольный охватывающий радиус - приблизительно 15 дюймов. В случае применения плоской охватывающей поверхности качалки и сферической охватываемой поверхности, охватываемый радиус кривизны может находиться в диапазоне от приблизительно 20 до 50 дюймов, или в более узком диапазоне от 30 до 40 дюймов.

В зависимости от нагрузки и предполагаемого применения возможны различные комбинации и материалы качалки. В каждом случае сопрягаемые охватываемая и охватывающая поверхности качалки должны выбираться так, чтобы соответствовать предполагаемой нагрузке, ожидаемой цикличности нагрузок и эксплуатационному ресурсу. Разумеется, эти параметры могут варьироваться.

Поверхности качалки изготавливаются из относительно твердых материалов, будь то металлы или сплавы, как, например сталь или материалы со сравнимой твердостью и ударной вязкостью. Эти материалы должны упруго деформироваться в точке качающего контакта, аналогично опорным или шариковым подшипникам. Тем не менее, качалки можно рассматривать как идеальные элементы с бесконечной жесткостью с точечным или линейным пятном контакта (в зависимости от варианта осуществления). Такие элементы следует отличать от материалов, в которых отклонение эластомерного элемента, будь это подушка, или блок, или элемент любой другой формы, определяет характеристики динамической или статической ответной реакции элемента.

В одном из вариантов осуществления изобретения поперечная константа качания для легкого вагона может находиться в диапазоне от 48000 до 130000 дюйм-фунтов на радиан углового отклонения маятника боковины, или от 260000 до 700000 дюйм-фунтов на радиан для полностью груженого вагона, или в общем случае, приблизительно от 0,95 до 2,6 дюйм-фунтов на радиан на фунт нагрузки на маятник. В качестве альтернативы, для легких (т.е. пустых, порожних) вагонов жесткость маятника может находиться в диапазоне от 3200 до 15000 фунтов на дюйм, и от 22000 до 61000 фунтов на дюйм для полностью груженых 110-тонных тележек, или, говоря более обще - в диапазоне от 0,06 до 0,160 фунтов на дюйм поперечного отклонения на фунт нагрузки на маятник, измеренной на нижней части гнезда пружины.

Охватывающая и охватываемая поверхности могут быть перевернуты, так что охватывающий элемент находится на надставке подшипника, а охватываемый элемент - на гнезде буксовой челюсти. В этом случае, какой элемент является гнездом, а какой - качалкой - это уже просто вопрос терминологии. Иногда под гнездом понимают элемент, который имеет больший радиус, и который обычно стационарен, тогда как качалка имеет меньший радиус и качается относительно стационарного гнезда. Однако это не всегда так. По существу, имеется взаимодействие сопрягаемых элементов, охватываемых ли, или охватывающих, и относительное перемещение этих элементов или соединительный частей, называется ли эта часть гнездом или качалкой. Соединительные части сопрягаются в сопряжении, по которому передается нагрузка. Перемещение в силовом сопряжении наблюдаются при качании элементов, составляющих качающееся сопряжение, относительно друг друга, причем не важно, осуществляет ли перемещение охватываемый или охватывающий элемент. Одним из сопрягаемых элементов или поверхностей является часть надставки подшипника, а вторым - часть буксовой челюсти. Возможно наличие только двух сопрягаемых поверхностей, или же в итоговом узле, определяющим динамического взаимодействие между надставкой подшипника и соединительной частью буксовой челюсти, или гнездом буксовой челюсти, может наличествовать более двух сопрягаемых поверхностей.

Оба охватывающих радиуса В! и В₂ могут находиться на разных соединительных частях, равно как и оба охватываемых радиуса η и г₂. То есть, эти радиусы суммарно образуют седловидную соединительную часть, в которой надставка подшипника имеет верхнюю поверхность с охватываемой соединитель

- 12 013652 ной частью в виде продольного свода с поперечной осью вращения, характеризуемой радиусом кривизны Г1, и охватывающей соединительной частью в виде продольного углубления с поперечным радиусом кривизны К₂. Аналогично, соединительная часть в виде гнезда буксовой челюсти может иметь обращенную вниз поверхность, которая имеет поперечное углубление, характеризуемое продольным радиусом кривизны К₁, сопрягаемую с цилиндрической частью надставки подшипника, имеющую радиус г₁, и обращенную вниз продольную цилиндрическую часть с поперечным радиусом кривизны г₂, сопрягаемую с желобом надставки подшипника, имеющим радиус К₂.

В некотором смысле, седловидная поверхность является одновременно и гнездом и качалкой, то есть, качалкой в одном направлении, и гнездом в другом. Как отмечено выше, суть заключает в том, что имеется два малых радиуса и два больших радиуса (возможно, даже равных бесконечности), и поверхности образуют пару сопряжения, находящуюся в качающемся контакте как в продольном, так и в поперечном направлении, и при этом имеется центральное локальное положение минимальной потенциальной энергии, в которую данный узел стремится вернуться. Также можно отметить, что седловидные поверхности могут быть перевернуты, так что надставка подшипника будет характеризоваться радиусами г₂ и К₁, а гнездо буксовой челюсти - г₁ К₂. В любом случае, меньший из радиусов К₁ и К₂ может быть больше, или равен, большему из г₁ и г₂, а сопрягаемые седловидные поверхности могут быть разделены в плане кручения, как отмечалось выше.

Фиг. 3 а

На фиг. 3 а показан альтернативный вариант осуществления узла сопряжения колесная пара/боковина, обозначаемый в данном документе как 150. В данном примере область буксовой челюсти боковины 151, приведенная на фиг. 3 а, во многом подобна предыдущим вариантам осуществления, и может считаться одинаковой с ними за некоторыми исключениями, которые будет изложены ниже. Аналогично, подшипник 152 можно рассматривать в более общем смысле как оконечную часть колесной пары, а узел сопряжения колесная пара/боковина можно рассматривать как узел, включающий детали и элементы, установленные между подшипником 152 и боковиной 151. Надставка 154 подшипника может быть также в основном аналогична надставке 44 подшипника в плане ее нижних элементов, устанавливаемых на подшипник 152. Аналогично корпусам других надставок подшипников, описанных в данном документе, корпус надставки 154 подшипника может быть также литым или кованым, или представлять собой деталь фабричного изготовления, и кроме этого он может также быть изготовлен из относительно недорогих материалов, таких как чугун или сталь, и может иметь конструкцию, во многом аналогичную надставкам подшипников, описанным выше. Надставка 154 подшипника может иметь двунаправленную качалку 153, с поверхностью сложной кривизны первого или второй радиуса кривизны, согласно перво му или второму варианту сочетания обхватываемого и обхватывающего радиусов кривизны, описанных выше. Надставка 154 подшипника может отличаться от других надставок подшипников тем, что центральная часть 155 надставки короче в продольном направлении, а внутреннее расстояние между частями с угловыми упорами сделано несколько шире, что необходимо для установки вспомогательного центрирующего устройства, или центрирующего элемента, или смещенного относительно центра возвратного элемента в составе, например, эластомерной амортизационной подушки, которая выше описывалась как упругая подушка, или деталь 156. Деталь 156 может считаться типом возвратного центрующего элемента и также называется амортизаторная или буферная подушка. Соединительная часть гнезда буксовой челюсти с сопряженными поверхностями качания, обеспечивающими поперечное и продольное качание, обозначается номером 158. Аналогично другим соединительным частям гнезд буксовой челюсти, описываемых в данном документе, соединительная часть 158 может быть изготовлена из твердого металла, например стали определенной марки. Соединение качающихся поверхностей может характеризоваться низким сопротивлением кручению преимущественно относительно вертикальной оси, проходящей через точку контакта.

Фиг. 3Ь

На фиг. 3Ь надставка 160 подшипника в основном аналогична надставке 154 подшипника, но отличается центральной выемкой, гнездом, полостью или проемом, обозначенным шифром 161, в который устанавливается вставка, обозначенная как первый, или нижний, качающийся элемент 162 . Аналогично надставке 154 подшипника, главная, центральная часть корпуса 159 надставки 160 подшипника может быть короче в продольном направлении, чем она должна бы быть, исходя только из необходимости размещения упругих элементов 156.

Проем 161 может иметь плоскую форму с одной или более пазами, выемками или прочими соединительными частями, как, например, приведенные пазы 163 под зубцы. В пазы 163 могут входить шпонки или другая арматура элемента 162 качалки, в качестве примера которых можно взять выступы 164. Пазы 163 и выступы 164 определяют угловую ориентацию нижнего, или первого, элемента 162 качалки таким образом, чтобы соответствующие радиусы кривизны находились каждый в нужном поперечном и продольном направлениях.

Например, пазы 163 могут быть отстоящими друг от друга на разные расстояния по окружности проема 161 (соответственно, выступы 164 расположены аналогичным образом по периметру вставки 162), что исключает возможность неправильной установки (как, например, смещение на 90° от нужного

- 13 013652 положения). Также, например, один паз может отстоять на 80°, дуги от соседнего, и на 100°, дуги от другого соседнего паза; таким образом, четыре паза образуют прямоугольник. Другими словами, возможно применение разнообразных средств обеспечения правильной ориентации вставки.

Корпус 159 надставки 160 подшипника может быть изготовлен из чугуна или стали, тогда как вставка, а именно первый качающийся элемент 162, может быть изготовлена из другого материала. Под данным материалом может подразумеваться закаленная поверхность качалки, изготовленная различными способами. Например, вставка 162 может быть изготовлена из инструментальной стали или стали, используемой в производстве шариковых подшипников. Более того, верхняя поверхность 165 вставки 162, в которую входит часть, качающаяся по сопряженному гнезду буксовой челюсти 168, может быть обработана, или ей другим способом может быть придана высокая степень чистоты, аналогичная поверхностям шариковых подшипников; также может быть проведена поверхностная термическая обработка.

Аналогично, гнездо буксовой челюсти 168 с рабочей поверхностью, сопрягаемой с поверхностью 165 элемента 162 качалки, может быть изготовлено из закаленного материала, такого как инструментальная сталь или сталь для подшипников, после чего ей может быть придана высокая степень чистоты и проведена термическая обработка соответствующим образом. В качестве альтернативы, гнездо буксовой челюсти 168 может иметь проем, обозначенный 167, и вставку, обозначенную как верхний или второй элемент 166 качалки, аналогичные проему 161 и вставке 162, оборудованные шпонками или арматурой, которая обеспечивает правильную ориентацию деталей. Элемент 166 может быть изготовлен из твердого материала, аналогично элементу 162, и может иметь обращенную вниз поверхность качания 157, которой с помощью механической обработки или иным способом придана большая степень чистоты, равная применяемой в поверхностях шариковых или роликовых подшипников; также может быть выполнена термическая обработка поверхности для получения чистовой опорной поверхности для качающегося сопряжения с поверхностью 165. В случае если качающийся элемент 162 имеет оба охватываемых радиуса, и охватывающие радиусы кривизны оба равны бесконечности, так что охватывающая поверхность представляет собой плоскость, возможно установка в зев буксовой челюсти вместо гнезда буксовой челюсти 168 плоских элементов компенсации износа, как например пружинные фиксаторы. В одном из вариантов осуществления изобретения, пружинные фиксатор может представлять собой фиксатор на фрикционной накладке Эупа-Сйр (зарегистрированная торговая марка) зева буксовой челюсти, поставляемой Ттаи8Эупс 1пс. Изометрическая проекция такого фиксатора приведена на фиг. 8а как позиция 354.

Фиг. 3е

На фиг. 3е приведен вариант осуществления сопряжения колесная пара/боковина, обозначенный как поз. 170. Блок 170 может включать надставку 171 подшипника, пару упругих элементов 156, качающийся блок, в который может входить упругое кольцо или стопорное кольцо 172, первый элемент 173 качалки и второй элемент 174 качалки. Гнездо буксовой челюсти может устанавливаться в зеве буксовой челюсти, как описано выше, или же непосредственно в зеве буксовой челюсти может монтироваться второй элемент 174 качалки.

Надставка 171 подшипника в общем аналогична надставке 44 подшипника, или 154, в плане конструкции нижней части, которая устанавливается на подшипник 152. Корпус надставки 171 подшипника может быть литым или кованным, или представлять собой обработанную деталь и может быть изготовлен из относительно недорогого материала, как, например, чугун или сталь. Надставка 171 подшипника может быть оборудована центральной выемкой, гнездом, полостью или проемом, обозначаемым шифром 176, который необходим для установки элементов 173 и 174 качалки и стопорного кольца 172. Оконечные части корпуса надставки 171 подшипника относительно короткие, однако достаточной длины, чтобы установить упругие элементы 156.

Проем 176 может иметь форму круглого отверстия, с внутренним фланцем 177, чья обращенная вверх поверхность 178 представляет собой площадку, на которую опирается первый элемент 173 качалки. Фланец 177 может также включать дренажные отверстия 178, к примеру, в количестве 4 штук, отстоящих друг от друга на 90 окружности. Элемент 173 качалки имеет сферическую поверхность контакта. Первый элемент 173 качалки может иметь утолщенную центральную часть и более тонкую периферийную часть, а также пониженную радиальную кромку, или края или площадку, на которую он опирается и через которую осуществляется передача вертикальной нагрузки на фланец 177. В отличном от приведенного варианте осуществления изобретения может применяться нестирающаяся, относительно мягкая кольцевая прокладка, или шайба, изготовленная из соответствующей марки латуни, бронзы, меди или иных материалов, которая устанавливается на фланец 177 под площадкой. Первый элемент 173 качалки может быть выполнен из материала, отличного от материала корпуса надставки 156 подшипника. То есть элемент 173 может быть изготовлен из твердого или закаленного материала, как, например, инструментальная сталь, или сталь для подшипников, с высоким классом точности и чистоты поверхности, даже более высоким, чем корпус надставки 156 подшипника. Материал должен быть пригоден для работы в условиях контакта качения при высоком контактном давлении.

Второй элемент 174 качалки может представлять собой диск или деталь другой подходящей формы, имеющий верхнюю поверхность для установки в гнездо 168 буксовой челюсти, или, в случае, если гнездо буксовой челюсти не применяется, имеющий форму, необходимую для непосредственного сопряже

- 14 013652 ния с гнездом в зеве буксовой челюсти. Первый элемент 173 качалки имеет верхнюю поверхность 175 качалки, причем последняя имеет такой профиль, чтобы обеспечить качание в поперечном и продольном направлениях, и работает в сопряжении со вторым, верхним элементом 174 качалки. Второй элемент 174 качалки может быть выполнен из материала, отличного от материала корпуса надставки 171 подшипника, или гнезда буксовой челюсти. То есть второй элемент 174 может быть изготовлен из твердого или закаленного материала, как например инструментальная сталь, или сталь для подшипников, с более высоким классом точности и чистоты поверхности, чем корпус боковины 151.

Материал должен быть пригоден для применения в условиях контакта качения при высоких контактных давлениях, что наблюдается в частности в работе сопряжения с первым элементом 173 качалки. Если используется вставка из инородного материала, данный материал может быть дороже чугуна или относительно мягкой стали, из которой изготавливаются надставки подшипников. И наконец, подобная вставка может быть удалена или заменена при ее износе, либо согласно графику обслуживания, либо же по мере необходимости.

Упругий элемент 172 может быть изготовлен из композитного или полимерного материала, как, например, полиуретана.

Упругий элемент 172 может также иметь отверстия или отводы 179, совмещающиеся при установке с соответствующими дренажными отверстиями 178. Высота стены упругого элемента 172 может достаточной для установки первого элемента 173 качалки. Кроме этого, часть внешней радиальной кромки второго, верхнего, качающегося элемента 174 может также находиться внутри или может частично перекрываться верхним краем упругого элемента 172 для получения плотной тугой посадки, чтобы получить своеобразное уплотнение и исключить попадание грязи или влаги. Таким образом, блок может представлять собой закрытый узел. Исходя из этих соображений, полости, образовавшиеся между первым и вторым элементами 173, 174 качалки внутри закрытого от грязи блока, могут быть заполнены смазкой, как, например, литолом или иной консистентной смазкой.

Фиг. 4а-4е

Как показано на фиг. 4а-4е, упругие элементы 156 могут иметь форму желоба, имеющего центральную, или тыльную, или поперечную, или промежуточную часть 181, и две - левую и правую - выступающие крылообразные части 182, 183. Крылообразные части 182 и 183 обычно имеют форму направленного вниз и наружу крыла, с дугообразной нижней кромкой, которая устанавливается на на корпус подшипника. Внутренняя ширина крылообразных частей 182 и 183 должна быть такой, чтобы садиться на упорные блоки 180. Поперечная дугообразная часть 185, тянущаяся вдоль края тыльной части 181, устанавливается в канавку 184 соответствующего радиуса между верхним краем упорных блоков 180 и оконечной частью гнезда 168 буксовой челюсти. Внутренняя поперечная кромки 186 дугообразной части 185 может быть скошенной или рельефной для прилегания к оконечной части гнезда 168 буксовой челюсти.

Желательно, чтобы качающийся узел сопряжения колесная пара/боковина обладал способность к самоцентровке. Как уже отмечалось, жесткость на качание торсионно независимой двунаправленной качалки пропорциональна весу, приложенному к ней. Если для обеспечения самоподруливания используется продольная поверхность качания и тележка находится под сниженной нагрузкой (такое состояние предшествует отрыву колеса), или если вагон порожний, может потребоваться применение вспомогательных возвратных элементов, которые могут включать смещающий элемент, стремящийся сместить надставку подшипника в продольно центральное положение относительно зева буксовой челюсти, а также возвратные элементы, чьи характеристики не зависят от нагрузки на колеса. То есть в независимости от того, находится ли надставка подшипника под полной нагрузкой, или на нее не прикладывается нагрузка, сохраняется сила, стремящаяся вернуть надставку в центральное положение.

Упругие элементы 156 могут обеспечивать подобную центровку.

На фиг. 3с и 36 приведены пространственные взаимосвязи между (а) надставкой подшипника, например, такой как надставка 154 подшипника; (Ь) центрующим элементом, например упругим элементом 156; и (с) упорными блоками 180 буксовой челюсти. Вспомогательные детали, такие как, например, дренажные отверстия или линии заднего плана, для облегчения восприятия на фиг. 3с и 36 отсутствуют. Когда упругий элемент 156 установлен, надставка 154 подшипника (или 171) стремится занять центральное положение относительно челюстей 180. После установки амортизатор (поз. 156) плотно садится на упоры буксовой челюсти и может находиться рядом с концевой стенкой надставки подшипника и между угловыми упорами надставки подшипника также с посадкой с натягом. Амортизатор заключен между упором и надставкой подшипника, и определяет их взаимное расположение, и может обеспечивать начальную центровку сопрягаемых качающихся элементов, а также и обеспечивать возвратное усилие. Хотя надставка 154 подшипника все равно может качаться относительно боковин, такое качание деформирует (обычно происходит местное сжатие) части элемента 156, и поскольку последний эластичен, элемент 156 стремится вернуть надставку 154 подшипника в центральное положение независимо от того, прилагается ли на качалку нагрузка или нет.

Упругий элемент 156 может иметь более мягкую характеристику отклонения под нагрузкой в продольном направлении, нежели характеристика отклонения под нагрузкой полностью нагруженной про

- 15 013652 дольной качалки (разница может составлять два порядка), так что в случае полностью груженого вагона, элемент 156 не оказывает значительного влияния на поведение качающихся элементов. В одном из вариантов осуществления изобретения элемент 156 изготовлен из полиуретана с модулем упругости около 6500 фунтов на кв. дюйм. В другом варианте осуществления изобретения модуль упругости равен 13000 фунтов на кв.дюйм. Модуль упругости эластомерного материала может находиться в диапазоне от 4 до 20 тысяч фунтов на кв. дюйм. В ходе установки упругих элементов 156 происходит центровка качающихся элементов. В одном из вариантов осуществления изобретения, сила, необходимая для отклонения одного из амортизаторов, может составлять менее 20% от силы, необходимой для отклонения качалки на такую же величину при порожнем вагоне, и может, для малых отклонений, иметь наклон кривой эквивалентная сила/отклонение менее 10% от характеристики продольной качалки.

Фиг. 5

В данном разделе описываются только первичные углы клиньев. На фиг. 5 приведена изометрическая проекция оконечной части надрессорной балки 210. Как и все надрессорные балки, приведенные и описанные в данном документе, балка 210 симметрична относительно своей центральной продольной вертикальной плоскости (т.е. поперек относительно тележки), а также симметрична относительно вертикального сечения, выполненного по середине пролета балки (т.е. продольная плоскость симметрии тележки совпадает с продольной осевой линией вагона). Надрессорная балка 210 имее пару отстоящих на некоторое расстояние друг от друга гнезд 212, 214 в которые устанавливаются клинья 216, 218 гасителей колебаний. Гнездо 212 находится дальше от гнезда 214 относительно боковины тележки. На наклонные грани гнезд 212, 214 устанавливаются фрикционные накладки 220, 222.

Как можно видеть, клинья 216, 218 характеризуются первичным углом α, образованным вертикалью и наклонным ребром 228 внешней грани 230. Для вариантов осуществления изобретения описываемых в данном документе, первичный угол α находится в диапазон от 35 до 55°, если быть более точным от 40 до 50°. Угол на сопрягаемых поверхностях гнезд надрессорной балки, будь то 212 или 214, соответствует этому углу α. Вторичный угол β определяет внутренний (или внешний) угол наклона поверхности 224 (или 226) клина 216 (или 218). Истинный угол наклона можно увидеть, если смотреть вдоль плоскости наклонной грани, и измерять угол между наклонной гранью и плоской внешней гранью 230. Угол наклона является дополнительным к измеренному таким образом углу. Угол наклона может быть больше 5° и может лежать в диапазоне от 5 до 20°, предпочтительно от 10 до 15°. Предпочтительно, чтобы данный угол был небольшим.

При работе подвески тележки в ответ на прохождение неровностей полотна, клинья гасителей колебаний перемещаются в своих гнездах. Угол наклона определяет, какая часть усилия направлена на смещение внешней грани 230 внешнего клина 218 наружу против действия силы реакции внешней грани гнезда 214 надрессорной балки. Аналогично, внутренняя грань клина 216 стремится сместиться к внутренней плоской грани внутреннего гнезда 212 надрессорной балки.

На эти внутренние и внешние грани гнезд надрессорной балки могут быть установлены фрикционные накладки, обозначаемые 232. Смещение клиньев вправо и влево обеспечивает сохранение предполагаемого плеча момента, и посредством сохранения их прилегания к плоским сопрягаемым поверхности предотвращает закручивание гасителей колебаний в соответствующих гнездах.

В состав балки 210 входит средняя площадка 234, находящаяся между гнездами 212, 214 и опирающаяся на другую пружину 236. Средняя площадка 234 способна вмещать по ширине три пружины (или более) рессорного комплекта.

Однако независимо от количества пружин под центральной площадкой и ее наличия или отсутствия, гнезда надрессорной балки могут иметь первичные и вторичные углы, как показано в варианте осуществления изобретения по фиг. 5а, возможно с фрикционными накладками, а возможно и без них.

Если центральная площадка, например площадка 234, разделяет два гнезда гасителей колебаний, фрикционные накладки противоположной стойки боковины не будут монолитными. То есть, имеются две зоны установки фрикционных накладок, по одной напротив каждого внутреннего и внешнего гасителя колебаний, образуя плоские поверхности, к которым прилегают гасители колебаний. Векторы нормали этих зон могут быть параллельны, причем поверхности могут быть компланарными и перпендикулярными продольной оси боковины и могут представлять собой чистые, непрерывные поверхности, прилегающие к фрикционными граням гасителей колебаний.

Фиг. 1е

На фиг. 1е приведен пример трехэлементной железнодорожной тележки, обозначенной как поз. 250. Тележка 250 имеет надрессорную балку 252 и пару боковин 254. Рессорный комплект тележки 250 обозначен шифром 256. Рессорные комплекты 256 являются рессорными комплектами с тремя пружинами, находящимися рядом с стойками 254: это пружины 258 (внутренние угловые), 260 (центральные) и 262 (внешние угловые). Демпфирующие раскачку и рассеивающие кинетическую энергию элементы, являющиеся фрикционными гасителями колебаний, 264, 266 устанавливаются над каждой центральной пружиной 260.

Фрикционные гасители колебаний 264, 266 имеют в основном плоские фрикционные поверхности

- 16 013652

268, всей плоскостью прилегающие к фрикционным накладкам боковин, а именно фрикционным накладкам 270, монтируемым на стойках 254 боковин. Основанием гасителей колебаний 264, 266 является гнездо пружины 272, в который вводится верхний конец центральной пружины 260. Гасители колебаний 264, 266 имеют третью наклонную грань, являющуюся гипотенузой клина 274, которая сопрягается с наклонной поверхностью 276 внутри наклонного гнезда 278 надрессорной балки. Сжатие пружины 260 под действием конца надрессорной балки нагружает гасители колебаний 264 или 266 так, что фрикционная поверхность 268 смещается относительно противоположной опорной поверхности стойки 280 боковины. Тележка 250 также имеет колесные пары, чьи подшипники устанавливаются в буксовые челюсти 284 на обоих концах боковин 254. Каждая буксовая челюсть может вмещать одно из сопряжений боковина/надставка подшипника, описанные выше, и обеспечивать посредством данных сопряжений способность к самоподруливанию.

В данном варианте осуществления изобретения вертикальная грань 268 фрикционных гасителей колебаний 264, 266 может иметь опорную поверхность, характеризующуюся коэффициентом статического трения, (ί, и коэффициентом динамического или кинетического трения, рк, и которая также характеризуется отсутствием скачкообразного срыва при перемещении по фрикционной накладке 270. В одном из вариантов осуществления изобретения коэффициенты трения отличаются друг от друга не более чем на 10%. В другом варианте осуществления изобретения коэффициенты трения примерно равны, таким образом исключается скачкообразное движение поверхностей трения. В одном из вариантов осуществления изобретения коэффициенты трения сухих поверхностей могут находиться в диапазоне от 0,10 до 0,45 или в более узком диапазоне от 0,15 до 0,35 и могут приблизительно равняться 0,30. Фрикционные гасители колебаний 264, 266 могут иметь фрикционную наладку или контактную площадку 286, обладающими такими свойствами в плане трения, и подобные им вставки и накладки, указанные в описаниях фиг. 6а-6с и 7а-71. Контактная площадка 286 может представлять собой полимерную накладку или покрытие. Фрикционные накладки 288 с низким коэффициентом трения или с заданным коэффициентом трения могут также устанавливаться на наклонные поверхности гасителей колебаний. В одном из вариантов осуществления изобретения такое покрытие или накладка 288 может иметь коэффициенты статического или динамического трения, отличающиеся не более чем на 20 или даже 10%. В другом варианте осуществления изобретения коэффициенты статического или динамического трения примерно равны. Коэффициент динамического трения может находиться в диапазоне от 0,10 до 0,30, может составлять примерно 0,20.

Фиг. 6а-6е

Корпусы клиновых гасителей колебаний могут изготавливаться из обычных материалов, таких как мягкая низкоуглеродистая сталь или чугун. На клинья могут быть установлены фрикционными элементы в виде подушки, вставки и тому подобное, причем данные элементы могут быть расходными материалами. На фиг. 6а показан клиновый гаситель колебаний, обозначенный как поз. 300. Заменяемые фрикционные элементы обозначены как 302 и 304. Клинья и фриционные элементы могут фиксироваться на опорной поверхности за счет неких механических связей по типу охватываемый элемент/охватывающий элемент, как, например, крестообразное углубление 303, выполненное в первичной наклонной и вертикальной гранях клина 300, и сопрягаемый с ним крестообразный выступ 305 на фрикционных элементах 302, 304. Скользящий фрикционный элемент 302 может быть изготовлен из материалов с заданными фрикционными свойствами и может поставляться поставщиками таких изделий как, например, накладки тормозных колодок и дисков сцепления, или другие подобные изделия, как, например, железнодорожные колодки. Под этими материалами понимаются в том числе и неметаллические материалы, материалы с низким коэффициентом трения и БНМХУ полимеры.

Хотя на фиг. 6а и 6е расходные вставки показаны как фрикционные накладки (фрикционные элементы 302, 304), съемным элементом может являться само гнездо надрессорной балки. Оно может представлять собой высокоточную отливку или являться узлом, выполненным по методу порошковой металлургии, с соответствующими физическими свойствами. Выполненная указанными методами деталь устанавливается в оконечную часть балки и фиксируется сваркой.

Обратная сторона клина 300, описываемого здесь и являющегося типовым, может иметь гнездо и седло 307 для фиксации верхнего витка пружины. В качестве типовой можно рассматривать пружину 262. Гнездо 307 служит для фиксации верхнего конца пружины и предотвращения его смещения из центрального положения под клином. Нижнее гнездо или бобышек приведен на фиг. 1е как поз. 308. Он служит для фиксации нижнего конца пружины. Можно отметить, что клин 300 имеет первичный угол, но не имеет вторичного переднего угла. В этом отношении клин 300 может использоваться как гаситель колебаний 264, 266 тележки 250, например, по фиг. 1е и может обеспечивать фрикционное демпфирование с небольшим скачкообразным движением или вовсе без него, но только при условии, что коэффициенты статического и динамического трения равны или отличаются друг от друга на небольшую (менее 20%, предпочтительнее 10%) величину. Клин 300 может применяться в тележке 250 совместно с двунаправленной надставкой подшипника согласно любому из вариантов осуществления изобретения описанных в данном документе. Клин 300 может также использоваться при четырехугольной схеме размещения гасителей колебаний, как, например, в тележке 22, когда применяются клинья, у которых отсутствует

- 17 013652 вторичный угол.

Фиг. 7а-7Ь

На фиг. 7а-7е был приведен гаситель колебаний 310, который может использоваться в тележке 22, или в любой другой тележке с двумя гасителями колебаний, описанной в данном документе, имеющей гнезда надрессорной балки соответствующей формы. Гаситель колебаний 310 аналогичен гасителю 300, но имеет два угла - первичный и вторичный.

Гаситель колебаний 310 можно назвать правосторонним клином гасителя колебаний. Фиг. 7а-7е имеют общий характер, также приведенное на них в равной мере относится и к левосторонним, клинья, являющимся зеркальным отображением гасителя колебаний 310, с которыми он образует согласованную пару.

Клин 310 имеет корпус 312, который может изготовляться литьем или иным пригодным процессом. Корпус 312 может быть изготовлен из стали или чугуна и может быть в основном полым. Корпус 312 имеет первую, в основном плоскую опорную часть 314, которая при установке располагается вертикально напротив опорной поверхности боковин; например, фрикционных накладок, монтируемых на стойках боковины. Опорная часть 314 может иметь паз, или углубление, или выемку, в которую устанавливается фрикционный элемент 316. Элемент 316 может быть изготовлен из материала с заданными фрикционными свойствами, которые рассчитываются для пары, образованной материалом элемента 316 и материалом фрикционной накладки стойки боковины. Например, элемент 316 может быть изготовлен из смеси, применяемой в тормозных колодках, а фрикционная накладка стойки может быть выполнена из стали высокой твердости.

Корпус 312 может включать базовую часть 318, которая расположена с противоположной стороны и перпендикулярна опорной части 314. Базовая часть 318 может иметь углубление 320, соответствующее по форме концу пружины, так что может вмещать верхний конец пружины рессорного комплекта, такой как пружина 262. Базовая часть 318 может также включать опорную часть 314 такой промежуточной высоты, чтобы нижняя часть 321 опорной части 314 была направлена вниз относительно нее и образовывала что-то наподобие ограждения. Такое ограждение может иметь угловую или округлую часть 322, которая обхватывает часть окружности пружины.

Корпус 312 может также включать диагональный элемент в виде наклонного элемента 324. Наклонный элемент 324 может иметь первое или нижнее ребро, тянущееся от дальнего конца базовой части 318 вверх и вперед, и соединяющейся с опорной частью 314. Верхняя часть 326 опорной части 314 поднимается выше этого места соединения, так что клин 310 гасителя колебаний может быть выше, чем вертикальная составляющая наклонного элемента 324. Наклонный элемент 324 может также иметь гнездо или седло в виде углубления или паза 328 для установки ползуна 330, прилегающего к фрикционной накладке в гнезде надрессорной балке, в которое устанавливается клин 310. Как видно, наклонный элемент 324 (и ползун 330) характеризуется первичным углом α, и вторичным углом β. Ползун 330 может обладать заданными, возможно низкими коэффициентам статического и динамического трения (в паре с фрикционной накладкой гнезда надрессорной балки). В одном из вариантов осуществления изобретения коэффициенты статического и динамического трения в основном равны и составляют примерно 0,2 (+/20%, или предпочтительнее +/-10%) и характеризуются отсутствием скачкообразного движения.

В варианте осуществления изобретения, отличном то приведенного на фиг. 7д, клин 332 гасителя колебаний аналогичен клину 310, но, в дополнение к накладки и вставкам, обеспечивающим заданные параметры трения в парах с стойками боковин, и наклонными гранями гнезда надрессорной балки, клин 332 гасителя колебаний может иметь накладки и вставки, как например, накладка 334, на боковых гранях клина для сопряжения с боковыми гранями гнезд надрессорной балки. В этом плане желательно, чтобы накладка 334 имела низкие коэффициенты трения и исключала бы возможность скачкообразного движения. Фрикционные материалы могут крепиться плавлением или с помощью клея, кроме этого возможно использование механических креплений, как, например, показанные на фиг. 6а, или бобышек, канавок, пазов ил аналогичных решений. Аналогично, в альтернативном варианте на фиг. 71 на клине 336 гасителя колебаний присутствуют фрикционная накладка или вставка на наклонной грани, а также вставка или накладка на боковой стенке, причем они монолитны и представляют собой единой целое; на чертеже они обозначены как поз. 338. Как и в предыдущем случае, материал накладки или вставки может фиксироваться плавлением или посредством неких механических средств.

Фиг. 8а-8Г

На фиг. 8а-8Г показан отличный от приведенного на фиг. 3 а вариант надставки подшипника. Узел обозначен как поз. 350 и отличается от приведенного на фиг. 3а тем, что надставка 344 подшипника может иметь верхнюю поверхность 346, которая может в значительной степени являться опорной поверхностью в сопряжении, через которое передается нагрузка, и которая может являться в основном плоской и горизонтальной, так чтобы она могла выполнять роль основания, на которое устанавливается качающийся элемент 348. Качающийся элемент 348 может иметь верхнюю поверхность или качалку 352 с соответствующим профилем кривизны, как, например, сложный профиль, характеризующийся поперечным и продольным радиусами кривизны, которая прилегает, образуя качающее сопряжение, к вкладышу 354 гнезда буксовой челюсти. Как отмечено выше, в общем случае каждая из двух поверхностей качающего

- 18 013652 ся сопряжения может иметь как поперечный, так и продольный радиус кривизны, то есть имеется соответствующие друг другу поперечные охватываемый и охватывающий радиусы, а также продольные охватываемый и охватывающий радиусы. В одном из вариантов осуществления изобретения оба охватывающих радиуса равны бесконечности, то есть гнездо буксовой челюсти может иметь плоскую поверхность, а вкладыш гнезда буксовой челюсти может являться фрикционной накладкой или аналогичным устройством.

Качающийся элемент 348 может также иметь нижнюю поверхность 356, которая устанавливается и которая передает нагрузку на верхнюю поверхность 346 относительно большой площади, причем нижняя поверхность может иметь толщину, необходимую для передачи вертикальной нагрузки из зоны контакта качения в область с большей площадью поверхности (т.е. поверхность 346 или ее часть), на которой покоится качающийся элемент 348. Нижняя поверхность 356 может иметь шпонку или фиксатор 358 соответствующей формы, а также устройство центровки 360, которые облегчают установку и обеспечивают возврат в центральное положение качающегося элемента 348 в случае его смещения в ходе эксплуатации. Фиксатор 358 может также включать элемент, обеспечивающий надлежащую ориентацию качающегося элемента 348, и исключающий неправильную его установку. Фиксатор 358 может иметь углубление 362, соответствующее по форме выступу 364 на верхней поверхности 346 надставки 344 подшипника.

В случае, если форма выступа и углубления отлична от круглой, они также могут обеспечивать взаимную ориентацию деталей. Фома ориентирующего элемента определяется формой углубления 362 и выступа 364. Если радиусы кривизны качающегося элемента 348 отличаются в поперечном и продольном направлениях, возможно существование двух положений, отстоящих друг от друга на 180°, в которых сохраняется правильность ориентации. Соответственно, все остальные положения неприемлемы. Хотя данному условию отвечает эллипс, отличающийся длиной вдоль по основной и второстепенной оси, возможны различные варианты формы углубления 362 и выступа 364; так, например, они могут быть крестообразной или треугольной формы, или же состоять из нескольких ассиметричных элементов. Элемент, обеспечивающий центровку, может быть реализован посредством конических зубцов 368 и 370 углублений 362 и 364 соответственно, и после установки зубцы 368 и 370 взаимодействуют, и под влиянием перпендикулярной силы, действующей на сопряжение, стремятся привести детали в центральное положение.

Качающийся элемент 348 характеризуется также внешним периметром 372, определяющим размеры посадочного места. Упругие элементы 374 могут быть приняты аналогичными упругим элементам 156, описанным выше, за исключением того, что упругие элементы 374 могут иметь зависимую оконечную часть для установки на упорные блоки буксовой челюсти, и преимущественно горизонтальную часть 376 для перекрывания существенной части плоской или горизонтальной верхней части надставки 344 подшипника. Таким образом, удаленные области поверхности 346 надставки 344 подшипника могут быть плоскими, и вследствие достаточно большой толщины качающегося элемента 348 находиться на некотором расстоянии от противоположной поверхности гнезда буксовой челюсти, которой, например, может являться внешняя поверхность фрикционного вкладыша 354, или гнезда 168, или иная соответствующая сопрягаемая деталь. Область 376 имеет толщину, определяемую описанным выше зазором, и может быть несколько тоньше, чем средняя высота зазора, что необходимо для исключения влияния на работу качающихся элементов. Горизонтальная часть 376 может иметь полукруглую форму, включающую пару выступов 378 и 380, и может иметь профиль, как показано на чертеже, обеспечивающий обхват части периметра 372. Упругий элемент 374 имеет углубление 382, выполненное во внутренней кромке. Если качающийся элемент 348 имеет внешние карманы или зубцы, аналогичные поз. 164, углубление 382 может как устройство фиксации и обеспечения ориентации. Относительно жесткая фиксация качающегося элемента 348 может привести к тому, что выступы 378 и 380 также стараются вернуть элемент 348 в центральное положение относительно надставки 344 подшипника. За счет этой жесткой центровки углубление 362 насаживается на выступ 364, и затем элемент 348 приводится в необходимое центральное положение за счет точной центровки, а именно за счет скошенных зубцов 368 и 370. Для предотвращения износа упругого элемента 372, 374 в данном положении основание части 376 может быть сужено по радиусу 384 вблизи соединения поверхности 346 с концевой стенкой 386 надставки 348 подшипника.

Не приводя какие-либо дополнительные чертежи, можно добавить, что качающийся элемент 348 может, в качестве альтернативы, быть перевернут и в этом положении установлен в проем буксовой челюсти, причем его площадка будет обращена к своду, а поверхность качания - в сторону прилегающей к нему надставки подшипника, будь то надставка 44 или какая-либо другая.

Фиг. 9а и 9Ь

На фиг. 9а приведен вариант реализации, отличный от приведенного на фиг. 3а или фиг. 8а. В сопряжении колесная пара/боковина на фиг. 9а, обозначенном как поз. 400, надставка подшипника 404 может быть в основном аналогична надставке 344 подшипника и может иметь верхнюю поверхность 406, качающийся элемент 408, который аналогично элементу 348 взаимодействует с поверхностью 346 (или в случае применения перевернутого элемента он может устанавливаться в зеве буксовой челюсти, а над

- 19 013652 ставка подшипника может иметь прилегающую к нему поверхность качания, обращенную вверх). Качающийся элемент может взаимодействовать с соединительной частью 410 гнезда буксовой челюсти, под которой понимается фрикционный вкладыш, установленный в зеве челюсти. Качающийся элемент 408 и корпус надставки подшипника 404 могут быть оснащены фиксаторами, как например, приведенные в описании фиг. 8а-8е.

Вместо двух упругих элементов, подобным позициям 374, в узле 400 применяется одиночный упругий элемент 412, представляющий собой монолитную литую деталь из полиуретана или другого резинового или резиноподобного эластичного материала, который может использоваться, например, в изготовлении прокладок ЬС или Реппку раб. Прокладка ЬС представляет собой эластомерную подушку надставки подшипника, подставляемой Ьогб Согрогабоп о£ Епе. Пенсильвания. В качестве примера подобной подушки ЬС можно взять деталь, обозначенную как Деталь стандартной железнодорожной тележки ЗСТ 5578. В данном примере упругий элемент имеет две концевых поверхности 414 и 416. Он устанавливается между упорами буксовой челюсти и концами 418 и 420 надставки подшипника. Концевые части 414, 416 могут быть несколько меньшего размера, чем это необходимо, для установки с небольшим натягом между упорами после монтаже вкладыша. После этого на место вдвигается надставка подшипника, опять же, с небольшим натягом, причем с уже установленным качающимся элементом 408.

Упругий элемент 412 может также иметь центральную или среднюю часть 422, расположенную между концевыми частями 414 и 416. Средняя часть 422 расположена горизонтально и накрывается собой существенный участок верхней поверхности надставки подшипника 404. Упругий элемент 412 может иметь проем 424, возможно выполненный в виде диафрагмы или сквозного отверстия, с диаметром, обеспечивающим расположение внутри него качающегося элемента 408; то есть качающийся элемент 408 по меньшей мере частично проходит сквозь элемент 412 и прилегает к качающемуся элементу гнезда буксовой челюсти. Возможно, что проем 422 соответствует по форме посадочному месту качающегося элемента 408, согласно описаниям фиг. 8а-8е, что облегчает установку и размещение качающегося элемента 408 на надставке подшипника 404. В одном из вариантов осуществления изобретения упругий элемент 412 может являться прокладкой Реппку раб с соответствующей центральной диафрагмой.

На фиг. 9Ь приведен чертеж варианта с прокладкой Реппку раб. В данном варианте надставка подшипника обозначена как 430, а эластомерный элемент, например, Реппку раб - как 432. После установки элемент 432 оказывается между сводом буксовой челюсти и надставкой подшипника. Термин Реппку раб или Реппку Абар1ег Р1ик относится к виду эластомерных прокладок, разработанных Реппку Согрогабоп о£ \Vек(с11ек(е^ Ра. Подобная прокладка описана в патенте США 5562045 ВибЛаидб и другие, выданном 6 октября 1996 (приводится в качестве ссылки). Фиг. 9Ь может включать прокладку 432 и надставку подшипника 430, аналогичные или подобные описанным в патенте 5562045. Реппку раб может также обеспечивать в некоторой степени пассивное самоподруливание. В варианте с Реппку раб на фиг. 9Ь она может быть установлена в боковину, приведенную на фиг. 1а, и применяется в сочетании с четырехугольной схемой расположения гасителей колебаний, описанной на фиг. 1а-1б. В данном варианте осуществления изобретения тележкой может являться тележка ВагЬег 32ΗΌ, усовершенствованная под применяемую схему расположения гасителей колебаний, как, например, четырехугольная схема, и имеющая определенную возвратную тенденцию при деформации тележки с нарушением перпендикулярности элементов, и имеющая гасители колебаний, которые могут включать фрикционные поверхности, описанные в данном документе.

Фиг. 10а-10е

На фиг. 10а приведен еще один вариант осуществления сопряжения колесная пара/боковина, отличный от приведенного на фиг. 3 а или фиг. 8а. В данном примере надставка 444 подшипника может иметь верхнюю поверхность качания любой из конфигураций, описанных выше, или может иметь качающийся элемент наподобие надставки 344 подшипника.

Нижняя сторона надставки 444 подшипника может иметь не только круговую канавку или вырез 446 в средней части, чья вершина лежит в поперечной плоскости симметрии надставки 444 подшипника, но также и поперечный вырез 448, который может быть параллелен лежащей ниже оси вала и осевой линии подшипника (т.е. в осевом направлении), так чтобы нижняя сторона надставки 444 подшипника имела четырехугольную площадку или прокладку 450, при установке размещающуюся на корпусе подшипника. В данном примере каждая из прокладок или площадок может быть лежать на кривой поверхности с радиусом, соответствующим вращающемуся телу, т. е. внешней оболочке подшипника. Углубление 448 может лежать вдоль вершины дуги арки на нижней стороне надставки 444 подшипника и пересекать углубления 446.

Углубление 448 может быть относительно неглубоким и может точно прилегать к корпусу надставки подшипника. Корпус надставки 444 подшипника более или менее симметричен относительно его продольной центральной вертикальной плоскостью (т.е., при установке данная плоскость вертикальна и параллельна, но не совпадает с продольной вертикальной центральной плоскостью боковины), а также относительно его поперечной центральной плоскости (т. е., при установке данная плоскость вертикальна и поперечна оси вращения подшипника и вала колесной пары). Можно отметить также, что осевое углубление 448 может лежать в области с минимальной площадью поперченого сечения надставки 444 под

- 20 013652 шипника. Согласно предложению изобретателей углубления 446 и 448 должны распределять или рассеивать вертикальную нагрузку, передаваемую через качалку, на большую площадь корпуса подшипника, и следовательно ровнее распределять нагрузку между элементами подшипника по сравнению с обычной конструкцией. Таким образом, предполагается увеличить ресурс подшипника.

В общем случае надставка 444 подшипника может иметь верхнюю поверхность со сводом, что обеспечивает самоподруливание, или может иметь некую область пространства для размещения устройства самоподруливания, как, например, эластомерная прокладка, наподобие Репину Раб или другого типа. В случае, если применяется качалка, независимо от того, реализована она через съемную вставку, либо выполнена как диск, или является частью корпуса надставки подшипника, расположение точки контакта качалки с положении покоя лежит непосредственно над центром надставки подшипника, и следовательно над пересечением осевого и кругового углублений на нижней стороне надставки 444.

Фиг. 11а-11Т

На фиг. 11а-11Г приведены чертежи надставки 452 подшипника, вставки 454 гнезда буксовой челюсти, деталей эластомерной демпфирующей прокладки 456, которые являются частью блока, устанавливаемого между подшипником 46 и боковиной 26. Надставка 452 подшипника и детали прокладки 456 аналогичны надставке 171 подшипника и элементам 156, соответственно. Однако есть и отличия, поскольку надставка 452 подшипника имеет упоры 460 и 462, расположенные на обеих сторонах надставки. Соответствующие пазы имеются и в нижних углах демпферов 456. Введение в конструкцию данных упоров обусловлено тем, что для некоего диапазона отклонений получаемая упругая ответная реакция производится без превышения характеристик элементов конструкции. Однако, если данный диапазон отклонений превышен, возможно повреждение или снижение ресурса деталей прокладки 456. Упоры 460, 462 выполняют функцию ограничителей перемещения. Упоры 460, 462 могут иметь форму полок или опор, или упоров 466, 468, устанавливаемых и выступающих из внутренних боковых граней угловых упоров 470,472 надставки 452 подшипника. При установке упоры 466, 468 заводятся под подошвы 474, 476 элементов 456. Можно отметить, что подошвы 474, 476 укорочены по сравнению с подошвами элемента 356. Это необходимо для того, чтобы они размещались отдельно от упоров 466, 468 при установке.

В центральном положении, в положении покоя, упоры 466, 468 отделены от упорных блоков буксовой челюсти некоторым зазором. Когда при поперечном отклонении в элементе 456 зазор выбирается, упор упирается в стопор 466 или 468, в зависимости от направления отклонения. Ширина упоров 466, 468 (т.е. расстояние, на которое они выступают из внутренних граней угловых упоров 470,472) создает резервную зону сжатия для выступов 475,477 и вследствие этого предотвращает их чрезмерное сдавливание или ущемление. Вставка 454 гнезда буксовой челюсти аналогична вкладышу 354, но может включать полукруглые валики 480, 482, и центральную часть 484 увеличенной толщины. Надставка 452 подшипника может включать центральную двунаправленную качалку 486, сопрягаемую с обращенной вниз поверхностью качания центральной части 484. Сопрягаемые поверхности могут представлять собой любой из вариантов двунаправленной качалки, описанных в данном документе. Часть 486 качалки может быть обработана для получения определенного профиля: а именно продольных боковых кромок 488, 490, необходимых для размещения валиков 480, 482.

Надставка 452 подшипника может также иметь иной формы углубление 492 с нижней стороны, выполненное в виде пары расположенных в поперечном направлении конусообразных дольчатых выемок, полостей или углублений 494, 496, разделенных центральной перемычкой 498, имеющей большую глубину и переходящими в углубления 494, 496 боками перемычки. Углубления 494, 496 могут иметь расположенную поперечно относительно надставки подшипника главную ось, но при установке находятся соосно оси вращения находящегося под ними подшипника. То, что в углублениях 494, 496 отсутствует материал, приводит к получению Н-образного отпечатка на кольцевой поверхности 500 внешней стороны подшипника 46, две области, которой, а именно ножки буквы Н, образованы отпечатком площадок 502, 504, и мостик между ними образован отпечатком перемычки 498. В зависимости от того, насколько обратная сторона нижней части надставки 452 подшипника соответствует дугообразному профилю, как, например, профилю корпуса подшипника, углубления 494, 496 могут располагаться более или менее вдоль оси профиля, т. е. между площадками, находящими по обе стороны от них. Такая конфигурация распределяет нагрузку от точки контакта качения качалки по площадкам 502, 504, и далее на подшипник 46. Ресурс подшипника в большой степени зависит от пиковых нагрузок на ролики. Вследствие того, что между нижней стороной надставки подшипника и вершиной корпуса подшипника над обоймой подшипника имеется зазор, углубления 494, 496 могут предотвращать концентрированное приложение вертикальной нагрузки на вершины роликов подшипника. Для повышения ресурса необходимо как наоборот распределять нагрузку между несколькими роликами в каждой обойме. Это осуществляет путем разнесения прокладок или площадок, как, например, площадок 502, 504, покоящихся в корпусе подшипника. Центральная перемычка 498 может находиться над секцией корпуса подшипника, под которой нет обоймы, а не непосредственно над одной из обойм. Перемычка 498 может действовать как центральная кольцевая связь или элемент растяжения, соединяя концевые дуги 506, 508 надставки подшипника и предотвращая перекашивание или отделение площадок 502, 504 друг от друга при приложении вертикальной нагрузки.

- 21 013652

Фиг. 12а-12б

На фиг. с 12а по 126 приведены варианты осуществления блока, отличные от приведенных на фиг. 11а, обозначенного как поз. 510, устанавливаемая в боковину 512. Подшипник 46 и надставка 452 подшипника подобны описанным выше. Блок 510 может включать верхнюю соединительную часть качалки, представленную элементом 514 гнезда буксовой челюсти, и упругими элементами 516.

Боковина 512 может быть такой, что верхняя соединительная часть качалки, а именно элемент 514 гнезда буксовой челюсти, может иметь большую толщину, чем в других вариантах. Данная толщина Г, может быть больше чем 10% от величины ширины Х₈. элемента гнезда буксовой челюсти и может составлять примерно 20 (+/-5)% его ширины. В одном из вариантов осуществления изобретения толщина может быть примерно равна толщине прокладки 'ЬС раб', поставляемой Ьотб Сотротабоп. Такая толщина превышает 7/16 дюйма и может составлять примерно 1 дюйм (+/-1/8 дюйма). Элемент 514 гнезда буксовой челюсти может иметь большую толщину для улучшения распределения нагрузки, передаваемой через качалку, по боковине 512. Он также может использоваться как элемент для модернизации боковин, в которых ранее использовались прокладки ЬС раб,

Элемент 514 гнезда буксовой челюсти может иметь, как правило, плоский корпус 518, с загнутыми кверху боковыми краями 520 для его надежной фиксации на нижних кромках элемента 522 свода буксовой челюсти. Основная часть верхней поверхности корпуса 518 сопрягается по плоскости с смотрящей вниз поверхностью элемента 522 свода буксовой челюсти. Седло 514 может выступать в концевые части 524, которые расположены вдоль основной плоской части корпуса 518. Концевые части 524 могут включать более глубокий выступ 526, который выступает далее, чем два малых выступа 528, 530. Глубина выступа 526 равна общей толщине элемента 514. Нижняя, обращенная вниз поверхность 532 элемента 518 (при установке) сопрягается с верхней поверхностью надставки подшипника, и таким образом получается двунаправленная качалка, с охватываемым и охватывающим радиусами качания, подобные описанным в данном документе. В одном из вариантов осуществления охватывающая поверхность качания может быть плоской.

Для фиксации выступающих частей 524 устанавливается упругий элемент 516. То есть упругий элемент 516 в отличие от упругого элемента 156, как правило, имеет форму желоба, а также имеет поперечную перемычку 534, расположенную между парой выступов 536, 538. Однако в данном варианте осуществления изобретения перемычка 534 может находиться после установке ниже уровня упоров 466, 468, и соответствующие базовые грани 540, 542 для выступов 536, 538 расположены так, что находятся выше упоров 466, 468. А верхняя поперечная стенка или валик 544 находится выше верхнего края перемычки 534, и располагается продольно, и таким образом способна нависать над вершиной упора 546 боковины. Верхняя поверхность валика 544 может быть спрофилирована или сглажена для установки выступа 526. Верхние края выступов 536, 538 заканчиваются зубцами, или головками или выступами 548, 550, которые выступают из плоской поверхности 552 валика 544 и направлены вверх. После установки верхние концы зубцов 548, 550 находятся под обращенными вниз поверхностями выступов 536, 538.

На случай того, что обслуживающий персонал может ошибочно попытаться установить надставку 452 подшипника в боковину 512 без монтажа элемента 512 гнезда буксовой челюсти, высота зубцов 548, 550 сделана такой, чтобы предотвратить контакт поверхности качалки надставки 452 подшипника и элемента 522 свода боковины. То есть высота самой высокой части профиля поверхности 552 качалок надставки подшипника меньше, чем высота зубцов 548, 550 при их контакте с упорами 466, 468. Однако, если элемент 512 гнезда буксовой челюсти установлен на место, выступ 526 располагается между выступами 536, 538, а выступы 536, 538, в свою очередь, захватываются между зубцами 548, 550. Таким образом, упругие элементы 514, и, в частности, зубцы 548, 550 исключают ошибки при установке и исключают возможность повреждения конструкции.

Одними из этапов установки могут являться снятие существующей старой подшипника, снятие старых эластомерных прокладок, как, например, прокладок ЬС раб, установка соединительной части 514 гнезда буксовой челюсти в свод 522; установка упругих элементов 514 над каждым упором 546; и установка надставки 452 подшипника между упругими прокладками 514. Упругие прокладки 514 могут служить для облегчения установки деталей, их фиксации при эксплуатации и обеспечения центрирующего усилия сопрягаемых качающихся элементов, описанных выше.

Фиг. 13а-13д

На фиг. с 13а по 13д приведены альтернативные варианты блока надставки подшипника 144 и гнезда буксовой челюсти 146. Надставка подшипника 144 в основном аналогична надставке 44 подшипника, за исключением того, что надставка 44 подшипника имеет полностью изогнутую верхнюю поверхность 142, тогда как надставка подшипника 144 имеет на верхней поверхности плоскую центральную часть 148, расположенную между приподнятыми боковыми частями 149. Охватываемая опорная поверхность 147 находится по центру плоской центральной части 148 и смотрит вверх. Как и надставка 44 подшипника, надставка подшипника 144 имеет первый и второй радиусы г₁ и г₂, в продольном и поперечном направлениях соответственно, так что выступающая вверх описываемая данными радиусами поверхность является тороидальной поверхностью. Гнездо буксовой челюсти 146 в основном аналогично соединительной части 38 гнезда буксовой челюсти. Гнездо буксовой челюсти 146 имеет корпус с верхней по

- 22 013652 верхностью 145, которая в плоскости прилегает к обращенной вниз поверхности свода 120 буксовой челюсти, и загнутые кверху хвостовики 124, которые прилегают к выступам 122, как это описывалось выше. В общем случае охватывающая соединительная часть, а именно углубление в нижней грани седла 146, описывается продольным и поперечным радиусами Κι и К₂, как указано выше, и если эти два радиуса равны, то получается сферическая поверхность 143, приведенная на виде сверху фиг. 13а. Фиг. 13Г и 13д являются иллюстрацией того, что можно поменять местами охватываемую и охватывающую поверхности, так что охватывающая поверхность 560 будет находиться на надставке подшипника 562, а охватываемая поверхность 564 - на седле 566.

Фиг. 14а-14е

На фиг. 14а-14е приведены в увеличенном виде надставка 44 подшипника и гнездо буксовой челюсти 38.

Сложный профиль кривизны обращенной вверх поверхности 142 охватывает всю поверхность и заканчивается на концевых гранях 134 и боковых гранях 570 надставки 44 подшипника. Боковые грани 570 заканчиваются смотрящими вниз кольцевыми дугообразными краями 572, которые опираются на подшипники 46. В прочих отношениях в сфере задач данного описания надставка 44 подшипника принимается аналогичной надставке подшипника 144.

Фиг. 15а-15с

На фиг. 15а-15с приведено сопряжение надставки подшипника и гнезда буксовой челюсти, в основном аналогичное приведенному на фиг. 13а-13д, но отличающееся тем, что участок сопряжения несколько выделяется из надставки подшипника, охватываемая часть 574 утоплена в верхнюю часть надставки подшипника, а прилегающие участки поверхности 576 - наоборот, приподняты. Сопрягаемая охватывающая часть 578 сохраняя свою вогнутую форму, выдвинута из окружающей конструкции седла для создания соответствующей сопрягаемой поверхности. Продольная искусственная линия показывает расположение дренажных отверстий для удаления воды.

Фиг. 16а-16е

Оба охватывающих радиуса Κ! и К₂ могут находиться на разных соединительных частях, равно как и оба охватываемых радиуса η и г₂, а не обязательно на одной. Надставка 580 подшипника в форме седла, приведенная на фиг. 16а-16е, в основном конструктивно подобна надставкам 44 подшипника и 144, за исключением того, что надставка 580 подшипника имеет верхнюю поверхность 592, которая имеет охватываемую соединительную часть в виде продольного свода 582 с поперечной осью вращения с радиусом кривизны Г1, и охватывающую соединительную часть в виде продольного желоба 584 с поперечным радиусом кривизны Κ₂. Аналогично, соединительную часть 586 буксовой челюсти, устанавливаемая в зеве 120 имеет обращенную вниз поверхность 594, которая имеет поперечный желоб 588, с продольными радиусом кривизны Κι, сопрягаемый с сводом 582, и продольный обращенный вниз свод 590, с поперечным радиусом кривизны г₂, сопрягаемый с К₂ желоба 584. На фиг. 16Г и 16д седловидные поверхности перевернуты, и надставка 580 подшипника описывается радиусами η и Κ₂, а надставка подшипника 596 радиусами г₂ и Κ_υ Аналогично, если соединительная часть 586 буксовой челюсти описывается радиусами г₂ и К_ь то соединительная часть 598 буксовой челюсти - радиусами η и Κ₂. В любом случае, меньший из Κι и К₂ может быть больше, или равен, наибольшему из г₁ и г₂, и сопрягаемые с седловидным поверхностями элементы, обеспечивающие необходимый диапазон перемещений, могут быть отделены в отношении кручения, как в надставках 44 подшипника и 144.

Фиг. 17а-17б

Может потребоваться, чтобы вертикальные силы, передаваемые от свода буксовой челюсти на надставку подшипника, передавались через линейную поверхность контакта, а не через двунаправленный точечный контакт качения или качания. Сопряжение гнезда буксовой челюсти с надставкой подшипника, характеризующееся линейной качалкой, представлено на фиг. 17а-17б. Надставка 600 подшипника имеет вогнутую цилиндрическую верхнюю поверхность 602, выступающую в роли охватывающей соединительной части с радиусом Κ₁. Поверхность 602 может быть круглой цилиндрической областью, или же параболической или же цилиндрической областью другого типа.

Сопрягаемая соединительная часть 604 гнезда буксовой челюсти может иметь продольную охватывающую соединительная часть, или желоб 606 с цилиндрической поверхностью 608 радиуса г₁. Соединительная часть 604 является цилиндрической и может быть круглой цилиндрической областью, хотя в качестве альтернативы, она может быть параболической, эллиптической или иной формы, обеспечивающей качание. Между надставкой 600 подшипника и соединительной частью 604 гнезда буксовой челюсти устанавливается качающийся элемент 610.

Качающийся элемент 610 имеет первую нижнюю часть 612, в которую входит охватываемая цилиндрическая поверхность 614 качалки, с радиусом η, прилегающая в линейном контакте к поверхности 602 надставки 600 подшипника радиуса Κι, причем η меньше, чем Κι, и, следовательно, допускает продольное качание, обеспечивающее пассивное самоподруливание. Как отмечено выше, сопротивление качанию и, следовательно, самоподруливанию пропорционально весу, прилагаемому на качалку, и таким образом обеспечивается пропорциональное самоподруливание как при порожнем вагоне, так и в нагруженном состоянии. Нижняя часть 612 может иметь верхнее углубление 616, которое получают механи

- 23 013652 ческой обработкой с высоким уровнем плоскостности. Нижняя часть 612 также имеет расположенную по центру и являющуюся ее частью направленную вверх цилиндрическую бобышку 618, перпендикулярную поверхности 616. На бобышку 618 напрессовывается втулка 620.

Качающийся элемент 600 имеет верхнюю часть 622, которая имеет, в свою очередь, вторую выступающую охватываемую цилиндрическую поверхность 624 качалки с радиусом г₂, и сопрягаемую в линейном контакте с цилиндрической поверхностью 608 желоба 606 с радиусом В₂, таким образом обеспечивая поперечное качание боковины 26. Верхняя часть 622 может иметь нижнее углубление 626 для сопряжения с углублением 616. Верхняя часть 622 имеет расположенное по центру глухое отверстие 628 такого размера, который обеспечивает тугую посадку на втулку 620; благодаря малому допуску получают поворотное соединение, вращающееся относительно вертикальной оси или оси ζ, и обеспечивающее вращение верхней части 622 относительно нижней части 612. То есть сопротивление вращательному движению относительно оси ζ очень мало и может быть принято равным нулю для упрощения расчетов. В дополнение следует сказать, что на втулку 620 штыря 618 может быть установлен подшипник 630, который облегчает относительное вращение поверхностей 606 и 616.

В одном из вариантов осуществления изобретения штырь 618 может находиться в верхней части 622, а отверстие 618 может находиться в нижней части 612, или в качестве альтернативы отверстия 628 могут находиться как в верхней части 612, так и в нижней части 622, а между ними могут устанавливаться свободно вложенный штырь 618 и втулка 620. Следует отметить, что угловое смещение относительно оси ζ верхней части 622 относительно нижней части 612 может быть достаточно небольшим, порядка нескольких градусов, и кроме этого, достигать указанной величины достаточно редко.

Надставка 600 подшипника может иметь продольные загнутые наверх боковые стенки 632 для ограничения поперечных перемещений и предотвращения выпадения нижней части 612. Нижняя часть 612 может иметь износокомпенсирующие планки 634 с относительно малым значением коэффициента трения, при этом обеспечивающие перемещение без заеданий, которые устанавливаются между концевыми гранями нижней части 612 и боковыми стенками 632. Надставка 600 подшипника может также иметь дренажное отверстие, выполненное в центральной части или расположенное ближе к углу. Аналогично, соединительная часть 604 гнезда буксовой челюсти может иметь поперечные упорные стенки 636 зависимого конца для предотвращения смещения или выпадения верхней части 622. Аналогично износокомпенсирующим планками 634, между концевыми гранями верхней части 622 и упорными стенками 636 могут устанавливаться износокомпенсирующие элементы 638 с относительно малым значением коэффициента трения, при этом обеспечивающие перемещение без заеданий.

В варианте, отличном от предшествующего, на надставке подшипника может быть выполнен продольный цилиндрический желоб, и на гнезде буксовой челюсти может быть выполенен поперечный цилиндрический желоб; при этом также необходимо вносятся соответствующие изменения в конструкцию качалки, устанавливаемой между ними. Кроме всего прочего, нет необходимости в том, чтобы охватываемая цилиндрическая часть являлась частью устанавливаемой между качающимися элементами. И наконец, одна из этих охватываемых частей может находиться на надставке подшипника, а вторая - на гнезде буксовой челюсти, причем на устанавливаемой между ними качалке могут быть выполнены соответствующие охватывающие части. В еще одном альтернативном варианте качалка может включать один охватываемый элемент и один охватывающий элемент, причем охватываемый элемент радиуса г₁ (или г₂) располагается на надставке подшипника, а охватывающий элемент радиуса Κι (или В₂) располагается на нижней стороне устанавливаемой между указанными деталями качалки, и, наконец, охватываемый элемент радиуса г₂ (или η) находится на верхней поверхности удерживаемой качалки, а соответствующий сопрягаемый охватывающий элемент радиуса В₂ (или Κι находиться на нижней грани гнезда буксовой челюсти. И, наконец, в еще одном альтернативном варианте качалка может включать один охватываемый элемент и один охватывающий элемент, причем охватываемый элемент радиуса г₁ (или г₂) располагается на гнезде буксовой челюсти, а охватывающий элемент радиуса В₂ (или Κι располагается на верхней поверхности устанавливаемой между указанными деталями качалки, и, наконец, охватываемый элемент радиуса г₂ (или г) находится на нижней поверхности удерживаемой качалки, а соответствующий сопрягаемый охватывающий элемент радиуса В₂ (или В! находиться на верхней грани надставки подшипника. В данном отношении имеется по меньшей мере восемь вариантов сочетания, которые представлены на фиг. 17е узлами 601, 603, 605, 607, 611, 613, 615 и 617.

В варианте осуществления изобретения на фиг. 17а-17б передача нагрузки осуществляется через линейный контакт, по-прежнему способный качаться в двух направлениях - продольном и поперечном, и обладающий податливостью при кручении относительно вертикальной оси. То есть, сопряжение надставка подшипника/гнездо буксовой челюсти допускает вращение относительно продольной оси для обеспечения поперечного качания боковин; вращение относительно поперечной оси для обеспечения продольного качания; и обладает податливостью при кручении относительно вертикальной оси. Это предотвращает поперечный перекос и обеспечивает высокую жесткость в вертикальном направлении.

Фиг. 18а и 18Ь

Вариант осуществления изобретения, приведенный на фиг. 18а и 18Ь, в основном аналогичен варианту на фиг. 17а-17б. Однако вместо применения шарнирного соединения, такого как расточка, штырь,

- 24 013652 втулка и подшипник, приведенного на фиг. 17а-17б, качалка 644 удерживается между надставкой 600 подшипника и гнездом буксовой челюсти 604. Качалка 644 имеет элемент, обладающий податливостью при кручении, изготовленный из упругого материала, и обозначаемый как эластомерный элемент 646, наклеиваемый на противоположные грани верхней 647 и нижней 645 частей качающегося элемента 644. Хотя на фиг. 18а и 18Ь на надставке 600 подшипника показан поперечный желоб, а на гнезде буксовой челюсти 604 показан продольный желоб, возможна их перестановка и расположение, аналогичное приведенному на фиг. 7е. В общем, хотя подвергаемый кручению элемент может удерживаться между двумя цилиндрическими элементами, обеспечивая их разделение в плане передачи крутящего момента, возможно отсутствие эластомерной прокладки между двумя цилиндрическими элементами. Например, качалка 644 может быть твердой, а эластомерный элемент может устанавливаться под верхней поверхностью надставки 600 подшипника, или над гнездом буксовой челюсти, таким образом, что элемент, обладающий податливостью при кручении, устанавливается последовательно с двумя качалками.

Те же замечания относятся и к шарнирному соединению, предложенному выше, в связи с примерами, приведенными на фиг. 17а-17б. То есть верхняя часть надставки подшипника может быть шарнирно установлена на корпусе надставки подшипника, или гнездо буксовой челюсти может быть шарнирно смонтировано на зеве буксовой челюсти, так что элемент, обладающий податливостью при кручении, будет устанавливаться последовательно с двумя качалками. Однако, как отмечено выше, этот элемент может находиться между двумя качалками, так что они будут отделены друг от друга в отношении кручения. В общем, применительно к варианту осуществления по фиг. 17а-17б и 18а-18Ь, при условии, что имеющиеся радиусы элементов обеспечивают стабилизацию в состоянии минимальной энергии, охватываемая часть сопряжения надставки подшипника и гнезда буксовой челюсти (с меньшим радиусом кривизны) может находиться как на надставке подшипника, так и на гнезде буксовой челюсти, а сопрягаемая охватывающая часть (большего радиуса кривизны) может находиться на любой другой части, в зависимости от варианта осуществления. И хотя на отдельных рисунках охватываемая часть находиться на надставке подшипника, а охватывающая соединительная часть - на гнезде буксовой челюсти, эти элементы вполне могут быть поменяны местами.

Фиг. 19а-19с, 20а-20с и 21а-21д

На фиг. 19а-19с приведен вариант, обеспечивающий поперечное качание боковины и включающий применение надставки 650 подшипника совместно с эластомерной прокладкой 652 надставки подшипника, и качалкой 654, а также гнездом буксовой челюсти 656. Надставка 650 подшипника, приведенная в трех дополнительных видах на фиг 20а-20с, в основном аналогична надставке 44 подшипника (или 144) в плане геометрических параметров сопряжения с подшипником, но отличается от них более или менее традиционной верхней поверхностью. Верхняя поверхность 658 может быть плоской или может иметь вершину 660 большого (приблизительно 60 дюймов) радиуса, которая может использоваться вследствие этого для сопряжения с плоской поверхностью гнезда буксовой челюсти. Вершина 660 разделена на две части - переднюю и заднюю, между которыми находится поперечная плоская центральная часть. Параллельно плоской центральной части на надставке 650 подшипника располагаются две поперечные выступающие площадки, 662 и 664, и посередине этих площадок находится поперечные выступы 666, которые несколько выступают из площадок 662 и 664.

Прокладка 652 надставки подшипника может являться серийно выпускаемой продукцией, как, например, производимая Ьогб СогрогаЕоп о£ Епе, Пенсильвания, или, аналогичная детали, обозначаемой как Деталь стандартной вагонной тележки № 8СТ 5844. Прокладка 652 надставки подшипника имеет сопрягаемый с надставкой подшипника элемент в виде нижней пластины 668, чья нижняя поверхность 670 имеет углубления для установки на вершину 660. Данное соединение не обеспечивает качания. От поперечного и продольного смещения прокладка 652 надставки удерживается набором загнутых книзу крепежных проушин, или штырей, или выступов, или хвостовиков 672, расположенных по периметру детали, а именно по два с каждой стороны. Причем данные выступы расположены на таком расстоянии друг от друга, чтобы плотно обхватывать крепежные выступы 666. Фиксация относительно 666 предотвращает продольное смещение относительно прокладки 652 надставки подшипника и надставки 650. Поперечные внутренние грани выступов 672 плотно обхватывают наружные поверхности площадок 662 и 664, исключая таким образом поперечное смещение прокладки 652 надставки подшипника относительно надставки 650. Таким образом, вертикальное, поперечное и продольное положение относительно надставки подшипника 650 является фиксированным.

Прокладка 652 также имеет верхнюю пластину 674, которая в случае модернизации качалки 654 и гнезда 656 может использоваться как сопрягаемый с гнездом буксовой челюсти элемент. В любом случае, верхняя пластина 674 имеет форму продольного желоба с центральной или задней частью 676, загнутыми кверху выступающими правой и левой частями 678, 680, прилегающими к боковым краям задней части 676. Выступающие части 678 могут иметь такой размер и форму, чтобы обеспечивалась возможность их установки непосредственно на буксовую челюсть.

Между нижней пластиной 668 и верхней пластиной 674 на прокладке 652 надставки подшипника находиться приклеенный упругий многослойный элемент 680, который может состоять из первого эластичного слоя, обозначаемого как нижний эластомерный слой 682, который устанавливается непосредст

- 25 013652 венно на верхнюю поверхность нижней пластины 668, промежуточного элемента жесткости 684 в виде пластины, приклеенного или сформованного к верхней поверхности слоя 682, и верхнего эластичного слоя, обозначенного как верхний эластомерный слой 686, приклеенного сверху пластины 684. Верхняя поверхность слоя 686 может быть приклеена или сформована к нижней поверхности верхней плиты 674. Учитывая то, что упругие слои могут быть достаточно тонкими по сравнению с их линейными размерами, готовый многослойный элемент обладает сравнительно высокой вертикальной жесткостью, относительно высоким сопротивлением на кручение по продольной (х) и поперечной (у) осям, относительно низким сопротивлением на кручение по вертикальной (ζ) оси (с учетом относительно малых угловых смещений), и ненулевым, грубо говоря, равным сопротивлением сдвигу по осям х или у, находящимся в диапазоне от 20000 до 40000 фунтов на дюйм, или более точно, около 30000 фунтов на дюйм для малых отклонений. Прокладка 652 надставки подшипника обеспечивает в некоторой степени самоподруливание, вызываемое продольным сдвигом эластомерных элементов.

Качалка 654 (хорошо видна на дополнительных видах 21е, 21Г и 21д) имеет корпус преимущественно постоянного поперечного сечения, причем ее нижняя поверхность 690 по плоскости устанавливается в не качающемся соединении на верхнюю поверхность пластины 674 прокладки 652 надставки подшипника, а верхняя поверхность 692 представляет собой охватываемую поверхность качалки. Верхняя поверхность 692 может вся описываться радиусом центральной части 694, находящейся между прилегающими под определенным углом наклона тангенциальными частями 696. В одном из вариантов осуществления центральная часть простирается на 4-6 угловых градусов в обе стороны от центра, или более точно от 4 1/2 до 5°. Согласно используемой в данном документе терминологии этот радиус является радиусом г₂, охватываемый радиус поперечной качалки, обеспечивающей поперечное качание боковин 26. Если надставка подшипника с указанным радиусом свода устанавливается под упругой прокладкой надставки подшипника, то радиус качалки 654 меньше, чем радиус свода, возможно, даже более чем в два раза, и, возможно, составляет менее 1/3 от радиуса свода. Данный радиус может составлять от 5 до 20 дюймов, или более точно, от 8 до 15 дюймов. Поверхность 692 может иметь параболический профиль, эллиптический или гиперболический профиль, или иметь какую-то другую форму, обеспечивающую поперечное качание.

Гнездо буксовой челюсти 656 (представлено на фиг. с 21а по 216) имеет корпус, включающий основную часть 700, которая по форме близка к прямоугольнику, если смотреть сверху. Если смотреть со стороны одного из концов в продольном направлении, гнездо буксовой челюсти 656 имеет форму желоба, в котором основная часть 700 образует основу 702, а два продольных борта 704, 706 загнуты кверху и выступают из наружных основной части 700. Борта 704 и 706 имеют внутреннюю, или ближнюю часть 708, которая под некоторым углом в направлении кверху и наружу отходит от поперечных краев главной части 700, и наружную или дальнюю часть, или носок 710, который отходит от конца ближней части 708 в вертикальном направлении. Расстояние между противоположными бортами желоба (т. е. между противоположными носками 710) соответствует ширине свода 712 буксовой челюсти, поперечный разрез которой приведен на фиг. 19Ь, и на которую внатяг устанавливаются борта 704 и 706, плотно обхватывая буксовую челюсть. Борта 704 и 706 имеют расположенные по центру бортов вырезы, углубления, пазы, или фиксаторы, обозначенные как прорези 714. Прорези 714 плотно садятся на Т-образные выступы 716 (фиг. 19Ь), которые приварены к боковине по обеим сторонам свода буксовой челюсти. Данное сопряжение определяет поперечное и продольное положение гнезда буксовой челюсти 656 по отношению к боковине 26.

Гнездо буксовой челюсти 656 также имеет четыре выступающих поперечных угловых выступа, или упоров 718, чьи обращенные внутрь продольные поверхности упираются в поперечные концевые поверхности обращенных кверху выступов 678 верхней пластины 674 прокладки 652 надставки подшипника. То есть угловые упоры 718 по обоим бокам гнезда буксовой челюсти 656 фиксируют концы обращенных кверху выступов 678 прокладки 652, обеспечивая плотную посадку. Данная конструкция определяет продольное положение гнезда буксовой челюсти 656 относительно верхней пластины прокладки 652 надставки подшипника.

Основная часть 700 гнезда буксовой челюсти 656 имеет обращенную вниз поверхность 700, на которой имеет углубление, образующее охватывающую поверхность 702 качания. Данная поверхность описывается охватывающим радиусом (обозначенным как В₂ в соответствии с принятой в данном документе терминологией), который значительно больше радиуса центральной части 694 (фиг. 21Г) качалки 654, так что качалка 654 и гнездо буксовой челюсти 656 сопрягаются в качающемся линейном контакте и обеспечивают поперечное качание боковины 26. Дугообразная форма охватывающей поверхности 702 качания может быть такой, чтобы обеспечить поперечную самоцентровку качалки 654, и радиусы кривизны данной поверхность для центральной части и для прилегающих областей могут отличаться друг от друга. Если гнездо буксовой челюсти 656 и качалка 654 устанавливаются в ходе модернизации на надставку с определенным радиусом свода, радиус кривизны гнезда буксовой челюсти может быть меньше или равен радиусу свода. Центральный радиус кривизны В₂ поверхности 702 или просто радиус кривизны может быть постоянным, и в этом случае он находится в диапазоне от 6 до 60 дюймов, предпочтительно более 10 дюймов и менее 40. Он может составлять от 11/10 до 4 радиусов кривизны г₂ качалки.

- 26 013652

Как отмечалось ранее, гнездо буксовой челюсти не обязательно имеет охватывающую поверхность качания, и качалка не обязательно имеет охватываемую поверхность качания; вместо этого данные поверхности могут быть поменяны места, так что охватываемая поверхность будет находиться на гнезде буксовой челюсти, а охватывающая поверхность - на качалке. Особенно при модернизации возможна ситуация, когда между направленными кверху выступами 678 верхней пластины 674 и бортами 704, 706 гнезда буксовой челюсти 656 имеется относительно малый зазор. Это расстояние отмечено на фиг. 19Ь как зазор 'С', который должен иметь достаточный припуск для качания деталей, чьи границы перемещения ограничены выступами 106, 108 надрессорной балки.

Путем совместного применения поперечной качалки и пластинчатой прокладки, итоговый узел может обеспечить пониженную жесткость в поперечном направлении, при этом обеспечивая в некоторой степени самоподруливание. Пример, приведенный на фиг. 19а, можно рассматривать как исходную конструкцию, или как модернизированную. В случае модернизации качалка 654 и гнездо буксовой челюсти 656 могут устанавливаться между имеющимися эластомерной прокладкой и имеющимся гнездом буксовой челюсти, или могут устанавливаться вместе с новой эластомерной прокладкой меньшей толщины, так чтобы сохранить суммарную высоту узла сопряжения надставки подшипника и гнезда буксовой челюсти равной имевшейся до модернизации.

На фиг. 19е и 19Г приведены альтернативные варианты применения эластомерных прокладок и качалок.

Хотя в варианте на фиг. 19а показана эластомерная многослойная прокладка, которая характеризуется равными значениями усилия сдвига в поперечном и продольном направлениях, это не является ее типичной и обязательной характеристикой. Например, в варианте осуществления, приведенном на фиг. 19е и 19Г, узлы 720 и 731 эластомерной прокладки надставки подшипника включают соответствующую упругую эластомерную многослойную прокладку, обозначенную как 722 и 723, в которой элементы жесткости 726, 727 имеют продольное гофрирование, или волнистость. Такой многослойный элемент может реагировать на чистый сдвиг в продольном направлении, как и элемент по фиг. 19а. Однако для отклонения в поперечном требуется не только усилие сдвига, но и некое усилие, направленное по нормали к эластомерному элементу, то есть усилие сжатия или растяжения, дополняющие усилие сдвига. Таким образом, ответная реакция на сдвиг становится более мягкой, анизотропической. Анизотропическая по сдвигу прокладка может использоваться в вариантах осуществления изобретения, приведенных на фиг. 19а, в случае плоской компоновки, как на фиг. 19а, и в любом из вариантов на фиг. 19е и 19Г. С учетом фиг. 19е, базовая 728 и верхняя 730 пластины имеют волнистый профиль, соответствующий профилю многослойной прокладки. Также и качалка 732 имеет нижнюю поверхность соответствующего профиля. В противном случае данный вариант осуществления аналогичен варианту по фиг. 19а.

С учетом фиг. 19Г, эластомерная прокладка 721 надставки подшипника имеет базовую пластину 734 с нижней поверхностью, обеспечивающей посадку на надставку подшипника без качания, аналогично тому, как прокладка 652 надставки подшипника устанавливается на надставку 650 подшипника. Верхняя поверхность 735 базовой пластины 734 имеет гофрированный или волнистый профиль, и как указывалось выше, рифление имеет продольную направленность. Между базовой пластиной 734 и соответствующей гофрированной нижней поверхностью верхней пластины 740 находится эластомерный многослойный элемент, включающий первый упругий слой 736, внутренний элемент жесткости 737, и второй упругий слой 738. Вместо применения плоской пластины, на которую устанавливается дальняя пластина качалки, применяется верхняя пластина 740, чья верхняя поверхность 742 представляет собой интегральную качалку, соответствующую верхней поверхности качалки 654. Затем непосредственно на нее устанавливается гнездо буксовой челюсти 744, находящееся в поперечном сопряжении качания с верхней пластиной 740; при этом отпадает необходимость в отдельной качалке. Комбинация прокладки 721 надставки подшипника и гнезда буксовой челюсти 742 может потребовать соединительных упоров 747 для предотвращения продольного смещения качающейся поверхности 742 относительно гофрированной обращенной вниз поверхности 748 гнезда буксовой челюсти 744.

Фиг. 22а-22с, 23а и 23Ь

Вместо применения надставки подшипника, представляющей отдельный от подшипника элемент, на фиг. 22а-22е приведен подшипник 750, устанавливаемый на один из концов оси 752. Подшипник 750 имеет интегральную дугообразную поверхность качения 754, сопрягаемую в точечном контакте качения с поверхностью 756 соединительной части 758 гнезда буксовой челюсти. Общие геометрические параметры взаимодействия качения аналогичны описанным выше в плане возможных соотношений между гК, и Ь, и как отмечалось выше, охватываемые и охватывающие качающиеся поверхности могут быть поменяны местами, так что охватываемая поверхность будет находиться на гнезде буксовой челюсти, а охватывающая поверхность - на подшипнике, и кроме того, в случае применения поверхностей со сложным профилем кривизны, поверхности могут иметь седловидную форму, как изложено выше. Приведенные на фиг. 22Ь и 23Ь чертежи подшипника основаны на поперечных разрезах подшипника, приведенных на странице 812 Энциклопедии вагонов и локомотивов (1997). Данная иллюстрация была предоставлена Энциклопедии вагонов и локомотивов (1997) благодаря любезности Вгепсо 1пс., Ре1ег§Ьигд, Вирджиния.

- 27 013652

Если говорить более подробно, подшипник 750 является узлом, включающим внутреннее кольцо 760, два конических роликовых подшипника 762, чья внутренняя обойма прилегает к оси 752, и наружную обойму 764, чьи опорные поверхности в форме усеченного конуса удерживают ролики блока 762. Весь блок целиком, включая уплотнения, распорные втулки, и подкладное кольцо, фиксируется концевой заглушкой 766, устанавливаемой на конце оси 752. В блоке, приведенном на фиг. 22а-22с, не применяется круглое цилиндрическое наружное кольцо, а вместо этого кольцевой элемент 764 состоит из верхней части 770, имеющей ту же форму и функции, что и надставка 44 подшипника или 144, и включающей конические концевые стенки 768, обеспечивающие упор, и таким образом ограничивающим качание относительно поверхностей зева 130 буксовой челюсти, как это было описано выше. Кроме этого, верхняя часть 770 включает угловые упоры 774 для фиксации зева 130, опять же, как описывалось выше. Таким образом, на подшипнике имеется интегральная поверхность качания. Поверхность качания является зафиксированной относительно остальной части подшипника. И таким образом получается узел, в котором вращение корпуса подшипника относительно поверхности качания невозможно.

На фиг. 23а и 23Ь, приведен интегрированный узел подшипника и качалки надставки подшипника, или узел сопряжения колесная пара/буксовая челюсть, обозначенный как усовершенствованный подшипник 790. В этом случае внешнее кольцо 792 может иметь форму поперечной цилиндрической конической поверхности 794, такой как охватываемая поверхность (хотя согласно приведенным выше рассуждениям она может быть и охватывающей), сопрягаемая с охватывающей (хотя, опять же, возможно охватываемой) поперечной поверхностью качания 796 гнезда буксовой челюсти 798, обеспечивая пропорциональное нагрузке самоподруливание, суть которого изложена выше.

Таким образом, варианты осуществления изобретения на фиг. 22а и 23а оба описывают узел сопряжения буксовой челюсти и осевого подшипника, применяющегося на трехэлементной железнодорожной вагонной тележке. Узел по варианту на фиг. 22а имеет соединительную часть, которая обеспечивает поперечное и продольное качание. Оба варианта осуществления включают подшипник, на котором находится соединительная часть одной из поверхностей качания, будь то охватываемая или охватывающая, седловидной формы или нет, выполненная как неотъемлемая часть внешнего кольца подшипника, так что поверхность качающегося контакта жестко фиксирована относительно подшипника (поскольку в данном в примере, она собственно является частью подшипника). В варианте осуществления по фиг. 22а интегральная поверхность является поверхностью сложного профиля, тогда как в варианте по фиг. 23Ь, поверхность качающегося контакта является цилиндрической поверхностью, которая выполнена в виде дуги постоянного радиуса кривизны.

Возможные варианты размещения типов поверхностей включают варианты с двумя элементами сопряжения (т.е., поверхность качания сверху подшипника, и сопрягаемая поверхность на гнезде буксовой челюсти) или с тремя элементами сопряжения, в которых промежуточный качающийся элемент устанавливается между (а) поверхностью, жестко зафиксированной относительно обоймы подшипника, и (Ь) поверхности гнезда буксовой челюсти. Как отмечено выше, одна или другая из этих поверхностей может находиться на сферической дугообразной части, так что соединительные части будут обладать податливостью при кручении, или отделены в отношении кручения при вращении относительно вертикальной оси. В состав узла могут также входить упругие прокладки, аналогичные элементам 156, 374, 412 или 456, по обстоятельствам.

Каждый из блоков на фиг. 22а и 23а имеет подшипник, устанавливаемый на одном из концов оси колесной пары трехэлементной железнодорожной тележки. Подшипник имеет внешнюю часть, устанавливаемую таким образом, чтобы обеспечить вращение конца оси относительно указанной части, поскольку внутреннее кольцо вращается относительно внешнего. Подшипник имеет ось вращения, относительно которой после установки кольца и подшипники являются гомоцентричными, и она может совпадать с продольной осью оси колесной пары. В любом случае внешняя часть имеет поверхность качания, установленную на ней, и сопрягаемую в качающемся контакте с поверхностью гнезда буксовой челюсти боковины трехэлементной тележки.

Поверхность качающегося сопряжения подшипника находится в наиболее выгодном энергетическом состоянии, если она отцентрирована относительно гнезда, и предпочтительно, чтобы сопрягаемая поверхность имела радиус, обеспечивающий самоцентровку охватываемого качающего элемента. То есть, смещение из положения минимальной энергии (предпочтительно центрального положения) приводит к увеличению вертикального расстоянии между осевой линией оси колесной пары (и следовательно осевой линией оси вращения подшипника) и сводом буксовой челюсти, поскольку качание косвенно поднимает оконечную часть боковины, увеличивая таким образом потенциальную энергию системы.

Это можно описать по-разному. В системе цилиндрических полярных координат длинная ось колесной пары может быть принята за осевое направление. Перпендикулярно осевому направлению будет находиться радиальное направление, и кроме него имеется угловое направление вдоль окружности, которое взаимно перпендикулярно как осевому, так и радиальному направлениям. Одна из точек на поверхности качающего контакта лежит на меньшем расстоянии от оси вращения подшипника, чем все остальные. Данная точка определяет положение покоя или локального равновесного положения минимальной потенциальной энергии. Поскольку радиус кривизны поверхности качающего контакта больше

- 28 013652 радиальной длины Ь между осью вращения подшипника и точкой минимального радиуса, то радиальное расстояние как функция угла направления вдоль окружности А будет возрастать при уходе в любую сторону от точки минимального радиуса (или, если объяснить по-другому, точка минимального радиального расстоянии от оси вращения подшипника лежит между областями большего радиального расстояния). Таким образом, наклон функции γ(Θ), а именно 6γ/6Θ, равен нулю в точке минимума, и является таким, что г увеличивается при угловом смещении в любую сторону от точки минимальной потенциальной энергии. Если поверхность имеет сложный профиль кривизны, обе производные 6γ/6Θ и 6г/6Ь равны нулю в точке минимальной энергии, и их графики таковы, что г возрастает при смещении в любую сторону от точки минимальной энергии, и равно нулю в этой точке.

Данная закономерность сохраняется независимо от того, является ли поверхность качающего контакта подшипника охватываемой поверхностью, или же охватывающей поверхностью, или же седловидной поверхностью, и независимо от того, лежит ли центр кривизны ниже центра вращения подшипника, или же выше поверхности качающего контакта. Профиль поверхности качающего контакта может быть сферическим, эллипсоидальным, тороидальным, параболоидным, параболическим или цилиндрическим. Поверхность качающего контакта имеет радиус кривизны, или радиусы кривизны, если применяется поверхность сложного профиля, который или которые превышают расстояние от точки минимальной энергии до оси вращения, и поверхности качающего контакта не являются гомоцентрическими с осью вращения подшипника.

Можно сказать по-другому, что имеется некая точка на поверхности качающего контакта подшипника, которая лежит радиально ближе остальных к оси вращения подшипника, чем все остальные точки на данной поверхности. Это наименьшее расстояние между осью вращения и данной точкой обозначается Ь. Поверхность подшипника и поверхность гнезда буксовой челюсти характеризуются радиусом кривизны и сопрягаются по принципу охватываемого и охватывающего элемента, причем один радиус кривизны является охватываемым радиус кривизны г_ь а второй радиус кривизны является охватывающим радиусом кривизны К₂, (независимо от их величины), η больше Ь, К₂ больше η, а Ь, г₁ и К₂ подчиняются формуле [Ь^-1]- (τι^-1 - К₂ ^-1) > 0, причем поверхность качания обеспечивает самоподруливание.

Фиг. 24а-24е

Фиг. 24а-24е относятся к трехэлементной тележке 200. Тележка 200 состоит из трех основных элементов: надрессорной балки 192, которая симметрична относительно продольной осевой линии тележки, и двух боковин, обозначенных как поз. 194. С учетом подобной симметричности на фиг. 14с приведена только одна боковина тележки 200. Трехэлементная тележка 200 имеет упругую подвеску (первичную подвеску), реализованную через рессорный комплект 195, установленный между каждым удаленным (т.е., внешним поперечным концом) концом надрессорной балки 192 и боковины 194.

Надрессорная балка 192 представляет собой жесткую готовую к сборке балку, два конца которой устанавливаются в боковины (оба конца обозначены как 193). Посредине тележки расположен подпятник 190. Верхний фланец 188, соединяющий два конца 194, имеет сужение в центральной части и расширяется по мере приближения к концам 194. Надрессорная балка 192 также имеет нижний фланец 189 и две стенки 191, соединяющие верхний 188 и нижний 189 фланцы, образуя коробчатую балку закрытого неравномерного сечения. Дополнительные стенки 197 устанавливаются между дальними частями фланцев 188 и 189, в местах, где балка 192 опирается на рессорные комплекты 195. В удаленных концах надрессорной балки 192 расположены гнезда 196, 198 фрикционных гасителей колебаний, в которые устанавливаются клинья фрикционных гасителей колебаний.

Боковина 194 может представлять собой отливку, имеющую соединительная часть 40 буксовой челюсти, в которую устанавливаются надставки 44 подшипника, подшипники 46, и две оси 48 и колеса 50. Боковина 194 также имеет элемент сжатия, или верхний пояс 32, элемент растяжения, или нижний пояс 34, вертикальные стойки 36, располагающиеся по обе стороны от вертикальной поперечной плоскости, делящей тележку 200 пополам. Все указанные элементы, а именно: верхний и нижний пояс 32, 34, вертикальные стойки 36 боковин, обрамляют обычно прямоугольный проем, в который входит конец 193 надрессорной балки 192. Удаленный конец надрессорной балки 192 может перемещаться вверх и вниз относительно боковин в пределах указанного проема. Нижний пояс 34 имеет нижнее гнездо 52 пружин, в который устанавливается рессорный комплект 195. Аналогично, верхнее гнездо пружин 199 находится на нижней стороне дальнего конца надрессорной балки 192. В него устанавливается верхний концы пружин рессорного комплекта 195. Таким образом, вертикальное перемещение надрессорной балки 192 вызывает сжатие или растяжение пружин рессорного комплекта 195.

В одном из вариантов осуществления по фиг. 24а рессорный комплект 195 имеет два ряда 193 пружин, а именно внешний и внутренний ряды. В одном из вариантов осуществления в каждом ряду находится четыре пружины большого (8 дюйм +/-) диаметра, и таким образом коэффициент вертикальной жесткости к для комплекта 195 составляет менее 10000 фунтов/дюйм. В еще одном варианте осуществления этот коэффициент может находиться в диапазоне от 6000 до 10000 фунтов/дюйм, или более точно - от 7000 до 9500 фунтов/дюйм, и, соответственно, обеспечивая суммарную вертикальную жесткость пружин для тележки с двумя рессорными комплектами в диапазоне от 14000 до 18500 фунтов/дюйм. При

- 29 013652 размещении пружин может применяться установка внутрь внешний пружин внутренних пружин, а возможно и внутренних пружин третьего порядка, в зависимости от необходимого значения суммарной жесткости комплекта пропорционального распределения жесткости. Количество пружин, количество внутренних и внешних пружин, и жесткость пружин могут варьироваться. Для определения значения суммарной жесткости комплекта жесткости пружин рессорного комплекта складываются, причем полученная величина должна соответствовать расчетной нагрузке тележки.

Каждая боковина имеет четыре разнесенные клина фрикционных гасителей колебаний, пара наружных и пара внутренних, обозначенные как 204, 205, 206 и 207, которые устанавливаются в гнезда или седла 196, 198. Угловые пружины в рессорном комплекте 195 упираются в клинья фрикционных гасителей колебаний 204, 205, 206 или 207. Каждая вертикальная стойка 36 имеет фрикционную накладку 92, с внутренней и внешней областями, по которым перемещаются клинья 204, 205, 206 и 207, соответственно. Выступы 106 и 108 надрессорной балки находятся внутри и снаружи относительно фрикционной накладки 92 соответственно.

В примере на фиг. 24е гнезда гасителей колебаний разделены перегородкой 208. Если провести продольную вертикальную плоскость через тележку 200 а далее через центр перегородки 208, можно увидеть, что внутренние гасители колебаний лежат по одну сторону плоскости 209, а внешние гасители колебаний лежат снаружи плоскости. При вилянии перпендикулярное усилие от гасителя колебаний, противодействующее вилянию, будет действовать в паре сил, в которой сила трения опорной поверхности внутренней накладки будет полностью внутри относительно плоскости на одном конце, полностью снаружи диагонально противоположной фрикционной грани.

В одном из вариантов осуществления размер варианта рессорного комплекта по фиг. 24Ь таков, что он полностью занимает по ширине проем боковины, образованный вертикальными стойками 36 боковины 194, ширина которого составляет приблизительно 33 дюйма.

Размеры такого варианта относительно велики по сравнению с существующими рессорными комплектами, так как он приблизительно на 25% шире последних. В еще одном варианте осуществления по фиг. 1Г тележка 20 может иметь необычно широкий проем боковины, котором размещаются 5 пружин, каждая диаметром 5 1/2 дюйма. Тележка 200 может иметь соответственно увеличенную колесную базу, в дальнейшем обозначаемую как \УВ.

\УВ может превышать 73 дюйма, или, если рассматривать ее относительно ширины колеи тележки, она может более чем в 1,30 превышать колею. Она может превышать 80 дюймов, или в 1,4 раза превышать колею, а в одном из вариантов осуществления она превышает колею в 1,5 раза, достигая значения более 84 дюймов. Аналогично, ширина проема боковины может превышать его высоту. Расстояние между гранями фрикционных накладок противоположных стоек 36 боковины может превышать 24 дюйма, приводя к соотношению ширины к высоте 8 : 7, и может находиться в диапазоне от 28 до 32 дюймов, приводя к соотношению 4 : 3, или даже более 3 : 2. Гнездо пружин может иметь линейные размеры, соответствующие ширине проема боковины, с шириной в поперечнике 15 1/2 -17 дюймов или более.

Фиг. 25а-256

На фиг. с 25а по 256 приведены альтернативные варианты осуществления тележки. Тележка 800 имеет надрессорную балку 808, боковину 807 и гасители колебаний 801, 802, расположенные попарно и обеспечивающие постоянное усилие в направлении вперед и назад; это достигается за счет того, что они подпружинены горизонтальными пружинами 803, 804, размещенными параллельно в гнездах 805,806 в концах надрессорной балки 808. Хотя на чертеже показаны только два гасителя колебаний 801,802, еще одна пара аналогичных гасителей колебаний упирается в противоположную стойку боковины. Гасители колебаний 801, 802 могут включать колодку 809 и съемный фрикционный элемент 810, устанавливаемый на грани колодки 809. На колодке и фрикционной накладке имеется фиксаторы 812, работающие по принципу охватываемый/охватывающий элемент, и обеспечивающие сохранение взаимного положения. Съемный установочный винт с плоским концом 814 ввинчивается в кожух пружины и необходим для ее предварительной нагрузки и фиксации при установке расходных элементов. Пружины 803, 804 выталкивают или прижимают фрикционные гасители колебаний 801, 802 к соответствующим фрикционным поверхностям стоек боковин. Деформация пружин 803, 804 не зависит от сжатия основного рессорного комплекта 816, а зависит только от их предварительной нагрузки.

Фиг. 26а и 26Ь

На фиг. 26а и 26Ь приведен частичная изометрическая проекция надрессорной балки 820, которая в основном аналогична надрессорной балке 402 по фиг. 14а, но отличается тем, что гнезда 822 надрессорной балки не имеют центральной перегородки, подобной перемычке 452, а вместо этого имеют непрерывный отсек, расположенный поперек балки в области, находящейся над рессорным комплектом, аналогичным рессорному комплекту 436. Одиночный широкий клин гасителя колебаний обозначен на чертеж как поз. 824. Гаситель колебаний 824 на все ширине опирается на две пружины 825, 826 рессорного комплекта. В случае, если надрессорная балка 400 отклоняется от перпендикулярного положения относительно соответствующей боковины, такое явление называется перекос, и одна из сторон клина 824 может быть сдавлена сильнее, чем другая, приводя к закручиванию клина 824 в гнезде относительно оси вращения, перпендикулярной скошенной грани (т. е. гипотенузы) клина. Данное закручивание приводит к

- 30 013652 возникновению разницы в сжатии пружин 825, 826, приводя, в свою очередь, к возникновению возвратного усилия как по отношению к закручиванию клина 824, так и к перекосу надрессорной балки 820 относительно боковины тележки. Так же аналогичное усилие создается на противоположной паре пружин у противоположной стойки боковины.

На фиг. 26Ь показан вариант пары клиньев 827, 828 гасителей колебаний. Данная конструкция из двух клиньев может также устанавливаться в гнездо 822 надрессорной балки, и в этом случае каждый клин 827, 828 опирается на отдельную пружину. Клинья 827, 828 способны перемещаться относительно друг друга вдоль первичного угла грани гнезда 822 надрессорной балки. Если тележка подвергается перекосу, различие в смещении клиньев 827, 828 приводит к различию в сжатии подпирающих их пружин, например, 825, 826, что приводит к возникновению возвратного восстанавливающего момента. В любом случае, гнезда надрессорной балки могут иметь фрикционные вкладыши 494, а сами гнезда могут быть частью соборных вставок 506, ввариваемых в балку либо при исходной установке, либо в ходе модернизации, под которой может подразумеваться установка более широких стоек боковины, или установка иного рессорного комплекта, что может сопровождать переходом от схемы с одиночными гасителями колебаний на схему со сдвоенными (т.е. образующие при установке прямоугольник).

Фиг. 27а и 27Ь

На фиг. 27а приведена надрессорная балка 830, аналогичная балке 210, за исключением того, что гнезда 831, 832 надрессорной балки вмещают пару разрезных клиньев 833, 834. Гнезда 831, 832 имеют две опорные поверхности 835,836, которые наклонены относительно первичного угла α и вторичного угла β, причем вторичные углы поверхностей 835 и 836 таковы, что итоговая опорная поверхность имеет форму клина, которые стараются разъединить гасители колебаний.

Поверхности 835 и 836 также оснащены вкладышами в виде фрикционных накладок 837, 838 с низким коэффициентом трения. Каждая пара разрезных клиньев опирается на одну пружину.

Например, на фиг. 27Ь показана комбинация надрессорной балки 840 и наклонных разрезных клиньев 841, 842.

Гнезда 843, 844 надрессорной балки представляют собой ступенчатые гнезда, в которых уступы, например, поз. 845, 846, расположены под некоторым одинаковым первичным углом α, и под некоторым одинаковым вторичным углом β, и оба наклонены в одном и том же направлении, в отличии от симметричных граней клиньев по фиг. 27а, которые симметричны относительно плоскости, а не точки. Таким образом, внешняя пара разрезных клиньев 842 имеет два элемента 847, 848, каждый из которых имеет первичный угол α и вторичный угол β, и которые симметричны относительно точки, причем оба элемента наклонены наружу. Аналогично, внутренняя пара разрезных клиньев 841 имеет два элемента 849, 850, каждый из которых имеет первичный угол α и вторичный угол β, и которые симметричны относительно точки, наклонены внутрь. При компоновке, приведенной на фиг. 27с, вместо пары разрезных клиньев, например элементов 847, 848 или 849, 850, может использоваться одиночных ступенчатый клин 851, 852. Соответствующий клин с противоположной направленностью используется в другом гнезде надрессорной балки.

Фиг. 28а и 28Ь

На фиг. 28а надрессорная балка 860 имеет сварные вставки 861, 862 гнезда надрессорной балки, симметричные относительно линии, и ввариваемые в проемы на концах балки. Каждое гнездо надрессорной балки имеет внутреннюю и внешнюю части 863, 864, которые характеризуются одним и тем первичным углом α, но имеют противонаправленные вторичные углы β, симметричные относительно линии. Соответствующие внутренние и внешние клинья обозначены как 865, 866, причем каждый опирается на вертикальную пружину 867, 868. В этом случае надрессорная балка 860 аналогична балке 820 по фиг. 26а, но отличается тем, что отсутствует площадка, разделяющая внутреннюю и наружную части гнезда надрессорной балки. Балка 860 также аналогична надрессорной балке 210 по фиг. 5, за исключением того, что противонаправленные гнезда надрессорной балки соединяются вместе без промежуточной площадки. На фиг. 28Ь, вместо одиночных внутренних и внешних клиньев 865 и 866 применены пары разрезных клиньев 869, 870 (внутренние) и 871, 872 (внешние).

Геометрия физического маятника

Различные качалки, приведенные и описанные в данном документе, могут реализовываться через качающиеся элементы, которые собственно и определяют физические маятники - то есть маятники, для которых радиус охватываемой качалки отличен от нуля, и которые основываются на допущении качающегося (в отличие от скользящего) сопряжения с охватывающей качалкой. Вариант осуществления изобретения по фиг. 2а (или прочие), например, содержит двунаправленный физический маятник. Характеристики таких маятников могут влиять как на поперечную жесткость, так и на самоподруливание продольной качалки.

Поперечная жесткость подвески отражает жесткость (а) боковин между (1) надставкой подшипника и (ίί) нижним гнездо пружин (то есть, боковины качаются в поперечном направлении); (Ь) поперечное отклонение пружин между (ί) нижним гнездом пружин и (и) верхним гнездом пружин, установленных под надрессорной балкой, и, наконец, (с) - момент между (ί) гнездом пружин в боковине и (ίί) верхним

- 31 013652 концом пружин, установленных под надрессорной балкой. Поперечная жесткость рессорного комплекта может составлять приблизительно 1/2 от вертикальной жесткости пружин. Для 100- или 110-тонных тележек, рассчитанных на 263000 или 286000 фунтов Ο^Κ, вертикальная жесткость рессорного комплекта может составлять 25-30000 фунтов/дюйм, при наличии двух комплектов на тележку, и двух тележек на вагон, обеспечивая поперечную жесткость пружин в диапазоне 13-16000 фунтов/дюйм. Вторая составляющая жесткости относится к поперечному отклонению боковины при качании. Высота между нижним гнездом пружин и вершиной надставки подшипника может составлять около 15 дюймов (+/-). Гнездо буксовой челюсти моежт иметь плоскую поверхность с линейным сопряжением с вершиной надставки подшипника, которая имеет радиус 60 дюймов. Для нагруженного 286000 фунтового вагона, кажущаяся жесткость боковины вследствие второй составляющей может составлять 18000-25000 фунтов/дюйм, измеренной на нижнем гнезде пружин. Жесткость вследствие третьей составляющей, а именно неравного сжатия пружин, суммируется с жесткостью боковины. И может составлять величину порядка 3000-3500 фунтов /дюйм на рессорный комплект, в зависимости от жесткости пружин и компоновочной схемы комплекта. Суммарная поперечная жесткость одной боковин для 82ΗΌ 110-тонной тележки может составлять около 9200 фунтов/дюйм на боковину.

Альтернативным вариантом тележки является тележка с люлечным подвешиванием, подобная приведенной на странице 716 Энциклопедии вагонов и локомотивов (1980) (1980, §1ттоп8-ВоагСтап, ОтаЪа). В тележке с люлечным подвешиванием боковина может вести себя подобно маятнику. Надставка подшипника имеет охватывающую качалку, радиусом возможно около 10 дюймов. Сопрягаемая охватываемая качалка устанавливается на вырезе буксовой челюсти, и может иметь радиус возможно около 5 дюймов. В зависимости от геометрии за счет такой конструкции получают сопротивление боковины поперечному отклонению порядка от 1/4 (или менее) до 1/2 от типовых значений. С учетом жесткости рессорного комплект относительная мягкость маятника становится очевидной. Поперечная жесткость уже менее зависит от вертикальной жесткости пружин. Использование качающегося нижнего гнезда пружин может снизить или свести до нуля поперечную жесткость вследствие неравного сжатия пружин. В тележках с люлечным подвешиванием используются поперечины для соединения боковины, для предотвращения перекоса с уходом от прямоугольной формы. Так же применялось другое важное устройство повышения жесткости, а именно поперечные неподрессоренные тяги, или раскосы рамы, представляющие собой неподрессоренные диагональные распорки. Поперечные неподрессоренные элементы жесткости могут увеличить сопротивление вращению боковин относительно продольной оси надрессорной балки. Однако это не улучшает выравнивание распределения нагрузки по колесам и не предотвращает отрыв колес.

Для оценки поперечной жесткости тележки может использоваться следующая формула: кциск ^— 2 X [(кз^екате)^-^ '(Кзрппд зНеаг)^_”1]^_,11 где ^к81Се£гате ^[крепсСи1ит ^{+ к}8рппд тотеп||

К_{8рг1пд 8||е},_|Г = поперечной жесткости пружины рессорного комплекта на сдвиг;

к_{репСи1ит} = сила, требуемая для отклонения маятника на единицу отклонения, измеренная по центру нижнего гнезда пружин;

к_{8ргтд тотеп1} = сила, требуемая для отклонения нижнего гнезда пружин на единицу бокового отклонения против скручивающего момента, вызванного неравным сжатием внутренних и внешних пружин.

Для маятника зависимость веса и отклонения носит приблизительно линейный характер при малых углах отклонения, аналогично Р =кх, для пружин. Поперечный коэффициент может быть выражен как к_{репСи1ит} =^/Ь, где - вес, а Ь - длина маятника. Приблизительная эквивалентная длина маятника может быть определена как Ьец = ^/к_{репСи1ит}.

равно подпружинной массе на боковине. Для тележки с Ь= 15- и 60-дюймовым радиусом вершины Ь_еч может составлять около 3 дюймов. Для тележки с люлечным подвешиванием, Ь_еч будет приблизительно в два раза больше.

Формула для продольной (т.е., самоподруливающей) качалки, подобной приведенной на фиг. 2а, имеет вид:

где к_1опд, - продольный коэффициент пропорциональности между продольной силой и продольным отклонением качалки;

Р - единица продольной силы, приложенной к осевой линии оси;

δ^ - единица продольного отклонения осевой линии оси;

Ь - расстояние между осевой линией оси и вершиной охватываемой части 116;

Κ - продольный радиус кривизны охватывающей полости в гнезде буксовой челюсти 38;

Г1 - продольный радиус кривизны вершины охватываемой части 116 на надставке подшипника.

В этой связи Κι больше η, а (1/Ь) больше [(1/γι)-(1/Κι], и как показано в примерах, Ь меньше либо чем Г1, либо Κ₁. В некоторых вариантах осуществления изобретения, приведенных в данном документе,

- 32 013652 длина Ь от центра оси до вершины поверхности надставки подшипника в центральном положении покоя может составлять обычно около 5 3/4-6 дюймов (+/-) и может находиться в диапазоне 5-7 дюймов. Надставки подшипников, буксовые челюсти, боковины и надрессорные балки обычно изготавливают из стали. Авторы изобретения опираются на ту посылку, что поверхности качающего контакта будут предпочтительно изготовлены из инструментальной стали или подобного материала.

Для малых углов отклонения в поперечном направлении может быть принято допущение крепс1и1ит⁼(р2 / 5г)⁼(Ч7 / Ьрепб·) [[ (1/Ьрепс1.) I ((1 / Ккоскег)(1/Кзеа1:))] + где к_Р'_емНи1ит = поперечная жесткость маятника;

Р₂ = сила на единицу поперечного отклонения, приложенная на нижнем гнезде пружин;

δ₂ = единица поперечного отклонения;

А = вес, приложенный к маятнику;

Ьр_еп<1. = длина маятника в неотклоненном состоянии, измеренная между контактной поверхностью надставки подшипника и гнездом пружин;

К_госкег = г₂ = поперечный радиус кривизны поверхности качалки;

К_8еа1 = К₁ = поперечный радиус кривизны гнезда качалки.

Если К_8еа1 и К_госкег приблизительно равны, и они не чрезмерно малы по сравнению с Ь, то маятник может иметь относительно большую константу поперечного отклонения.

Если К_8еа1 больше Ь или К_госкег, или их обоих, и может быть принята равной бесконечности (т.е., плоская поверхность), формула упрощается до вида

КрепсМит = (^1а1ега1 / б|_а1ега1) = / ^репсЬ) [ (^госкег / 1-реп<й1ит.) + 1 ]

Используя данное выражение в знаменателе, а расчетный вес в числителе, получаем эквивалентную высоту маятника, Ре.. = А/К.,..;..··

Вертикальная длина маятника боковины, измеренная между (в неотклоненном состоянии) качающимся сопряжением на верхней качалке и нижним гнездом пружин, может составлять от 12 до 20 дюймов, возможно более точно - от 14 до 18 дюймов.

Эквивалентная длина Ь_еч. может находиться в диапазоне от 4 до 15 дюймов, или в более узком диапазоне от 5-12 дюймов, в зависимости от размера тележки и геометрии маятника. Хотя тележки 20 и 22 могут являться 70-тонными специальными тележками, или 70-, 100-, 110- или же 125-тонными тележками, тележки 20 и 22 могут иметь колеса диаметром 33, 36 или 38 дюймов. В некоторых вариантах осуществления, описанных в данном документе, отношение радиуса охватываемого качающегося элемента К_госкег к длине маятника И_реин. может быть меньше или равно 3, а в некоторых случаях меньше 2. В достаточно мягких в поперечном отношении тележках это отношение может быть меньше 1. Коэффициент |(1/Ь_р1емн.)/((1/Е_Косег)-(1/Ее_еН|))|. может быть меньше чем 3 и в некоторых случаях может быть менее 2 1/2. В достаточно мягких в поперечном отношении тележках этот коэффициент может быть меньше 2.

В этих многочисленных вариантах осуществления поперечная жесткость маятника поперечной качалки, рассчитанная по максимальной грузоподъемности тележки, или более обще, по массе-брутто вагона, может быть меньше жесткости при поперечном сдвиге соответствующего рессорного комплекта. Кроме этого, во многих вариантах в тележке могут отсутствовать поперечные неподрессоренные элементы жесткости, будь то распорки, поперченные параллельные штанги, или диагональные крестообразные раскосы, или иные элементы. В данных вариантах осуществления тележки могут иметь расположенные прямоугольником гасители колебаний, приводимые каждым рессорным комплектом.

В тележках, описанных в данном документе, при полной расчетной нагрузке, которая может быть определена либо согласно ограничениям ЛАК для 70, 100, 110 или 125-тонных тележек, или, в случае пониженной нагрузки, согласно отношению вертикальной подпружиненной нагрузки, приводящей к вертикальному отклонению пружин в рессорных комплектах на 2 дюйма, эквивалентная поперечная жесткость боковины, представляющая собой отношением силы к поперечному отклонению, измеренному на нижнем гнезде пружин, может быть меньше горизонтальной жесткости пружин при сдвиге. Это особенно верно в некоторых вариантах осуществления, особенно для относительно хрупких, объемных или с малой плотностью товаров, такие как автомобили, потребительские товары и т.д. Эквивалентная поперечная жесткость боковины может быть меньше 6000 фунтов/дюйм и может находиться в диапазоне 3500-5500 фунтов/дюйм, или возможно, в более узком диапазоне то 3700 до 4100 фунтов/дюйм.

Например, в одном из вариантов осуществления рессорный комплект со схемой 2x4 имеет 8дюймые пружины с суммарной вертикальной жесткостью, равной 9600 фунтов/дюйм на рессорный комплект, и соответствующую поперечную жесткость К_{8рг1П8 81еаг} при сдвиге, равную 8200 фунтов/дюйм. Боковина имеет жестко установленное нижнее гнездо пружин. Подобная конструкция может применяться в тележках с 36-дюймовыми колесами. В другом варианте осуществления изобретения применяется комплект со схемой 3 х 5 и 5 1/2-дюймовыми (диаметр) пружинами, вертикальной жесткостью около 9600 фунтов/дюйм, но уже для тележек с 36-дюймовыми колесами. Может сложиться такая ситуация, что вертикальная жесткость пружин на рессорный комплект будет составлять менее 30000 фунтов/дюйм, возможно даже ниже 20000 фунтов/дюйм, и будет составлять от 4000 до 12000 фунтов/дюйм, или более

- 33 013652 точно - 6000-10000 фунтов/дюйм. Жесткость пружин на скручивание может находиться в диапазоне от 750 до 1200 фунтов/дюйм, а вертикальная жесткость при сдвиге будет находиться в диапазоне от 3500 до 5500 фунтов/дюйм, обеспечивая суммарную жесткость боковины в диапазоне от 2000 до 3500 фунтов/дюйм.

В одном из вариантов тележки с фиксированным нижним гнездом пружин в суммарную жесткость тележки может вносить вклад составляющая, обусловленная неравным сжатием пружин, эквивалентным поперечному отклонению порядка 600-1200 фунтов/дюйм, измеренному на нижнем гнезде пружин боковины. Данная величина может быть меньше 1000 фунтов/дюйм и может быть меньше 900 фунтов/дюйм. Составляющая восстанавливающей силы, обусловленная неравным сжатием пружин, может быть больше для тележки под порожним вагоном в отличие от полностью нагруженной тележки.

В других вариантах осуществления изобретения, включая те, в которых используется тележки с люлечным подвешиванием, могут присутствовать некоторые особенности, а именно, что при поперечном качании г/К < 0,7; 3 < г< 30, или более точно, 4 < г < 20 и 5 < К < 45, или точнее, 8 < К < 30, а поперечная жесткость 2000 фунтов/дюйм <к_{реп6и1ит} < 10000 фунтов/дюйм, или говоря по-другому, поперечная жесткость маятника в фунтах на дюйм поперечного отклонения, измеренного на нижнем гнезде пружин, где вертикальные нагрузки передаются на боковину, на фунт нагрузки на маятник, может находиться в диапазоне от 0,08 до 0,2 или точнее, в диапазоне от 0,1 до 0,16.

Фрикционные поверхности

Динамическая характеристика тележки может быть весьма сложной. Предпочтительно, чтобы было снижено сопротивление прохождению кривой, причем в этом помогает самоподруливание. Предпочтительно, чтобы была снижена склонность к отрыву колес. Снижение скачкообразного движения в гасителях колебаний может улучшить вязанные с этими элементами характеристики. Применение гасителей колебаний с приблизительно равными силами трения при движении вверх и вниз предотвращает отрыв колес. Параметры отрыва колес сильно зависят от снижения крутильных связей между боковинами, т.е. при снятии поперечины или раскосов рамы. Хотя может быть необходимо разделить боковины в отношении кручения, также может быть необходимо заменить жесткие физические связи некими элементами, которые позволят тележке изгибать без возникновения перекоса с уходом от прямоугольной формы, и которые будет создать усилие по восстановлению прямоугольно профиля; это может быть достигнуто применением более активно работающих по сравнению с одиночными двойных гасителей колебаний. Хотя использование податливых в поперченном направлении качалок, гасителей колебаний со сниженной вероятностью скачкообразного движения, прямоугольной компоновки гасителей колебаний, и самоподруливания, несомненно, дает ощутимую выгоду, оказывается, что они могут взаимодействовать весьма сложным и неожиданным образом. Самоподруливание функционирует эффективнее, если снижена склонность к скачкообразному движению в гасителях колебаний. Поперечное качание при люлечном подвешивании также работает эффективнее при снижении склонности к скачкообразному движению в гасителях колебаний. Поперечное качание при люлечном подвешивании работает эффективнее, если гасители колебаний расположены прямоугольником. Хотя это и не очевидно, рысканье тележки не ухудшается при замене жестких поперечных связей на прямоугольную компоновку гасителей колебаний (несомненно, придающих тележке мягкость, а не жесткость), и при снижении склонности к скачкообразному движению в гасителях колебаний. Комбинированный эффект от этих четырех элементов может быть весьма неожиданным.

В различных вариантах осуществления тележек, описанных в данном документе, всегда имеется фрикционное демпфирующее сопряжение между надрессорной балкой и боковинами. Либо на стойках боковин, либо на гасителях колебаний (или на обоих элементах) могут быть установлены съемные опорные поверхности с низкими или заданными параметрами трения, которые включают прочные фрикционные накладки, с возможностью снятия и замены при износе или поломке, или же расходные и ремонтопригодные покрытия, накладки и колодок. Подобная опорная грань фрикционного демпфирующего элемента может быть получена обработкой поверхности для получения требуемых коэффициентов статического и динамического трения, будь то посредством нанесения неких покрытий, или установки накладок или вставок, колодок от башмаков, или же иными средствами. Возможно использование колодок и накладок, поставляемых производителями фрикционных материалов для тормозных колодок и дисков сцепления, среди которых, можно упомянуть в частности, компанию КаЛетау ЕпсНоп Рго6ис15. Подобные колодки или башмаки имеют полимерную или композитную основу, насыщенную смесью металлических частиц или частиц иных материалов, обеспечивающих требуемые фрикционные свойства.

Фрикционная поверхность может при применении в сочетании с противоположной опорной поверхностью, описываться коэффициентами статического трения, μ и динамического или кинетического трения ц_к. Коэффициенты могут изменяться при изменении условий окружающей среды. Для удобства описания коэффициенты трения взяты для сухого дня при 70 Е. В одном из вариантов осуществления изобретения коэффициенты трения поверхностей могут находиться в диапазоне от 0,15 до 0,45, или в более узком диапазоне от 0,20 до 0,35, 35, и, наконец, в одном из вариантов осуществления, они могут составлять величину около 0,30. В одном из вариантов осуществления покрытие, или накладка, или ко

- 34 013652 лодка при совместной эксплуатации с прилегающей опорной поверхностью стойки боковины дает значения коэффициентов статического и динамического трения отличающиеся друг от друга не более чем на 20%, или в более узком диапазоне, не более чем на 10%. В другом варианте осуществления изобретения коэффициенты статического или динамического трения примерно равны.

Наклонные поверхности клиньев

Если применяются клиновые гасители колебаний, так же обычно возможно применение на наклонной поверхность гасителя колебаний покрытий, накладок или низкого трения или заданного трения, которые сопрягаются с фрикционной накладкой (если таковая применяется) гнезда надрессорной балки, в котором происходит частично поступательное, частично качающееся динамическое взаимодействие. Помнению автора данного изобретения, предпочтительно применение в сопряжении, образованном наклонной гранью клина и наклонной гранью гнезда надрессорной балки, фрикционных накладок и элементов, которые обеспечивали бы заданные коэффициенты трения. В некоторых вариантах осуществления указанные коэффициенты могут быть равны, или почти равны, и поверхности могут быть не склонны к скачкообразному движению, или могут иметь сниженную склонность к скачкообразному движению, по сравнению с парой трения чугун/сталь, кроме этого, использование колодок, или вставок, полученных методом литья, с известными фрикционными свойствами позволяет приводить параметры в более узкие, точные воспроизводимые диапазоны, что, в свою очередь, улучшает надежность и качество конструкции. Покрытия, или накладки, или колодки могут представлять собой полимерный материал, или же элемент с полимерной или композитной основой с добавлением определенных материалов. Подобные изделия производятся изготовителями накладок тормозных колодок и дисков сцепления, и аналогичной продукции. Одной из подобных компаний является ЕаП\\'ау Епейоп Ргобиск оГ 13601, ЬаигтЬигд Мах1оп Άί, Мах1оп N0; а другой ОиабгагИ ЕРР И8А 1пс., 2120 Еаитоп! Ауе., Рсабтд РА. В одном из вариантов осуществления изобретения материал может быть аналогичен применяемой 81апбагб Саг Тгиск Сотрапу в клиновом гасителе колебаний ВагЬег Τ\νίπ Сиатб (1.т.) с полимерным покрытием. В одном из вариантов осуществления материал может быть таким, что покрытие, или накладка, или колодка при совместной эксплуатации с прилегающей опорной поверхностью стойки боковины дает значения коэффициентов статического и динамического трения отличающиеся друг от друга не более чем на 20%, или в более узком диапазоне, не более чем на 10%. В другом варианте осуществления изобретения коэффициенты статического или динамического трения примерно равны. Коэффициент динамического трения может находиться в диапазоне от 0,15 до 0,30, и, наконец, в одном из вариантов осуществления он может составлять величину около 0,20.

Гасители колебаний могут проходить специальную обработку, будь то нанесение покрытий, установка накладок или колодок, как на вертикальной, так и на наклонной гранях. Коэффициенты трения на наклонной грани не обязательно должны совпадать с коэффициентами фрикционной грани. В одном из вариантов осуществления изобретения коэффициенты статического и динамического трения на фрикционной поверхности могут равняться примерно 0,3, и могут быть приблизительно равны друг другу, хотя коэффициенты статического и динамического трения наклонной грани могут быть около 0,2, и могут быть примерно равны друг другу. В любом случае, будь то вертикальная опорная грань стойки боковины, или же наклонная грань гнезда надрессорной балки, согласно данному изобретению предпочтительно избегать сопряжения поверхностей, которые в паре могут обладать склонностью к скачкообразному движению.

Рессорные комплекты

Основные рессорные комплекты могут размещаться в соответствии с разнообразными компоновочными планами. Для вариантов реализации с двойными гасителями возможны следующие варианты компоновки:

Οι х, и, X, Κι Х4 »3 X·. и.	□ι χ Хг О, ϋ.	X, X, * Οι О,	ц хЕ о, Х4 х4 X, х( 1¾ X. Χ„Χυΰ*
3x1	3 2Ί		3x5

в данных группах Ό представляет пружину гасителя колебаний, а Χί преставляет пружины, на которые не опираются гасители колебаний.

Для 100- или 110-тонных тележек авторами предлагаются варианты сочетания пружин и гасителей колебаний, обеспечивающие соблюдение следующих условий с припуском не более 20% (предпочтительно 10%):

(a) для прямоугольной компоновки клиньев со всеми стальными или чугунными гранями гасителей колебаний верхняя граница 1<,ι,.„„,„·,· = 2,41(0„ев₆е)^1,76 и нижняя граница - к^ег = 1,21 (θ^^)^1,76;

(b) для прямоугольной компоновки клиньев со всеми стальными или чугунными гранями гасителей колебаний средняя зона диапазона к,_атрег = 1,81(0„_е4ве )^1,76(⁺/-20%);

(c) Для прямоугольной компоновки клиньев с неметталичскими гранями гасителей колебаний, как

- 35 013652 например, с покрытием, аналогичным покрытию тормозных колодок;

верхняя граница согласно к_батрег = 4,84(0„_ебде)^1,64, а нижняя граница согласно к_батрег = 2,42(0„_ебде)^1,64, при угле клина от 30 до 60°;

(б) для прямоугольной компоновки клиньев с неметаллическими гранями гасителей колебаний средняя зона диапазона кбатрег = 3,63 (0«^е)¹^ (+/-20%), где к_батрег - боковая жесткость пружин под каждым из гасителей колебаний в фунт/дюйм/гаситель;

0«_ебде - соответствующий первичный угол клина в градусах 0„_ебде обычно находится в диапазоне от 30 до 60°. В других вариантах осуществления 0„_ебде может лежать в диапазоне 35-55°, и еще в одних вариантах осуществления он может лежать в более узком диапазоне от 40 до 50°.

Предпочтительно, чтобы демпфирующие усилия при перемещении вверх и вниз не сильно отличались друг от друга, а в некоторых случаях были приблизительно равны. Силы трения на гасителях колебаний могут варьироваться в зависимости от того, нагружен гаситель или нет. Так же возможно изменение угла клина, коэффициентов трения и жесткости пружин под клиньями. При перемещении надрессорной балки вниз в проеме боковины гасители колебаний нагружаются, поскольку возрастает усилие пружин, и следовательно увеличивается нагрузка на гасители колебаний. Аналогично, гасители колебаний разгружаются при перемещении надрессорной балки в проеме боковины вверх, поскольку усилие пружин снижается. Описывающие этот процесс уравнения можно записать в следующем виде:

Для нагрузки:

Гс1= Рс <0θί (Ф)-Р_§)_________ + (р_е - р_с) Со» (ф)+ μ₅ р_с)

При разгрузке:

Га= Рс ________(Со» (Ф)-рД

1+ (Рс- μ₈) Со» (ф)+ Рз р_с) где Е_б= сила трения на стойке боковины;

Е, = усилие пружин;

μ, = коэффициент трения на наклонной грани балки;

ц_с = коэффициент трения на стойке боковины;

ф = прилежащий угол между наклонной гранью балки и гранью, прилегающей к стойке.

Для заданного угла коэффициент трения нагрузки С_Г может быть определен по формуле С_Г = Еб/Р,, коэффициент нагрузки С_Г меняется в зависимости от направления перемещения надрессорной балки.

Предпочтительно, чтобы вертикальная жесткость пружин изменялась при переходе от не нагруженного к полностью нагруженному состоянию. Для этого возможно применение пружин различной высоты, например, для получения двух или более значений вертикальной жесткости для всего рессорного комплекта. Таким образом, динамическая характеристика порожнего вагона может отличаться от динамической характеристики полностью груженого.

В качестве альтернативы при использовании трех (или более) значений жесткости пружин, возможны промежуточные динамические характеристики в состояниях частичной нагрузки. В одном из вариантов осуществления каждый рессорный комплект может иметь некую комбинацию пружин, причем первая группа имеет некую первую свободную длину, а вторая группа состоит из пружин, чья свободная длина меньше указанной первой высоты, причем вторая высота меньше первой на величину δι, которая выбрана так, что первая группа пружин будет иметь диапазон сжатия между первой и второй высотами, и жесткость пружин имеет одно значение, а именно - сумму жесткостей пружин первой группы, а во втором диапазон сжатия жесткость группы пружин будет больше, а именно на величину жесткости, по меньшей мере, одной из группы пружин, чья свободная высота меньше второй высоты. Различные параметры жесткости пружин обеспечиваются наличием различных режимов демпфирования.

Например, в одном из вариантов осуществления вагон с полным подрессоренным весом (т.е. весом корпуса вагона без груза, без учета неподрессоренных элементов ниже основных пружин, то есть без учета боковин и колесных пар) около 35000-55000 фунтов (+/-5000 фунтов) может иметь рессорные комплекты, состоящие из пружин, чья свободная длина превышает первую высоту. Указанная первая высота может, например, лежать в диапазоне от 9 3/4 до 10 1/4 дюймов. При порожнем вагоне пружины сжаты до этой первой длины. Если вагон частично загружен, то первая группа пружин определяет динамическую характеристику вагона в плане козления (продольной раскачки), галопирования (поперечной раскачки) и крена, и может влиять на рысканье тележки. Жесткость в данном первом режиме может составлять порядка 12000-22000 фунтов/дюйм и может находиться в диапазоне от 15000 до 20000 фунтов/дюйм.

Если вагон нагружен более значительно, например, если собственная подрессоренная масса и вес груза превышают некое пороговое значение, которое составляет приблизительно 60000 - 100000 фунтов, (т.е. 15000-25000 фунтов на рессорный комплект при симметричной нагрузке в состоянии покоя), пру

- 36 013652 жины могут сжаться до или более второй высоты. Указанная вторая первая высота может, например, лежать в диапазоне от 8 1/2 до 9 3/4 дюйма. В данной точке подрессореный вес достаточен для отклонения второй группы пружин в итоговом рессорном комплекте, т.е. сжимаются все или некоторые из оставшихся пружин, и жесткость пружин двух групп пружин во втором режиме отличается и превышает жесткость пружин в первом режиме. Например, данная большая жесткость пружин может лежать в диапазоне около 20000-30000 фунтов/дюйм и определяет динамическую характеристику вагона в случаях, когда вес груза и вес собственной подрессоренной массы превышает пороговое значения указанного режима. Данный второй режим может начинаться от порогового значения и длиться до некой большей величины, в случае 110-тонных тележек, около 130000-135000 фунтов на тележку. Для 100-тонных тележек данная величина может составлять около 115000 или 120000 фунтов на тележку.

В табл.1 представлены данные по некоторым рессорным комплектам, которые могут применяться в 100 или 110-тонных тележках, при симметричной компоновке 3x3 и которые включают гасители колебаний, расположенные по схеме прямоугольник. Последняя запись в таблице 1 относится к симметричной схеме 2:3:2 расположения пружин. Термин боковая пружина относится к пружине или нескольким пружинам под отдельными подпружиненными гасителями колебаний, а термин основная пружина относится к пружине, или нескольким пружинам, основной группы:

Таблица 1. Варианты рессорных комплектов

ύπγυρ	07-01	07-02	07-03	07-04	07-05	05-01
М.ИП	5 * »'М >	5 * 07-0	5 ” 07-0	3 07-0	5 * 07-0	5'05-0
5 ' М-1	5 * 06-1	5 * ОК-1	5 * 08-1	5 074	5 * 06-1
5 * Иа	5 * О6А		5 * ОКА	5 * 08А	—
	4 * из53	4 * Θ353	4· №С-1	4 * В353	4 · ЕШЗ '	4 * 0432
—	4 * В3.54	4 * В354	4 · N80-2	4 * N802	4·Β433 [

Огомр	05-62	05-03	05-04	05435	Π5-ΐ}6	05-07
Мат	5 * »5-0	5 * 05-0 ,	5 * 05-0	5 * 05-0	5 * 05-0	5 * 05-0
5*064	5 · 06-1	5 * 08-1	5 * 08-1	5 * 06 -1	5 * 06-1
5 » 06А	— '	5* 08 А	5 * 06А	5 * 06А	—
$гс1е Яргт&ч	4 * Β432	4*0353	4 » 0353	4 · В353	4 * 0353	4 * В353
4 * В433	4 * В354	4 * В354	4 * В354	4 · В354	4 - юя

Огиир	05-08	05-09	Ρί-010	05-01)	05-012	Νο.3
Μίιίίι Κριιιι^ί	5 * 05-0	5 * »5-0	5 * 05-0	; 5 ’ 05-0	5 * 0543	3 * 051.0
5 * 064	5 · 06-1	5 * β «-1	5*08-1	5 * 05-1	3 · 061-1
5 · 06 В	5 * О6А	5 * 08Α	5 ’ ΟΚ Α	5 *»6Β	3 * Β6ΙΑ
	4* Ν5Ο-Ι	4·Ν&-|	4 * N50-1	4* N8'0-1	4 * Β353	4’ Β353-Ο
4 * N20-2	4 * Β354	4 * Β354	4 · N80-2	4 * Ν5€-2	4 * Β354-1

В данной табл. термины Ы8С-1, Ы8С-2, Ό8, Ό8Ά и Ό6Β относятся к пружинам нестандартного размера, предложенным авторами настоящего изобретения. Свойства данных пружин приведены в табл. 2а (основные пружины) и 2Ь (боковые пружины), наряд со свойствами прочих пружин табл. 1.

- 37 013652

Таблица 2а. Параметры основных пружин

Мат Зрппдо	Р>се Ηει§ΗΙ	Из«с	Нс1(>Н(	Ргсе (о	5®(1 Сарасйу	О|атс1«	а - ί Оытыег
(ίη)		(ίη)	(ίη)	(1Ьб)	(п)	(1п)
05 Ошег	»0.2500	2241.6	6.5625	3 6875	8266	5.500	, 0.9531
051 Ου®	10.2500	2980.6	| 6 5625	3.6875	10991	5.500	1.0000
05 1ппег	10.3125	1Ш.6	6.5625	3.7500	42«	3.3750	0.6250
Ек5 (п пег	9.9375	1395.2	6.5625	3.3750	47®	34375	0.6563
061 1птсг	10.187.5	1835.9	6.5625	3.6250	6655	3.4375	0.6875
06 А 1ппег (г пег	9.0()0()	463.7	5,6875	3.3125	1536	2.00® ·,	0.3750
06 ΙΑ 1ипс( .1тпег	' 10.0000	823.6	6.5625	3 4375	2831	2.00«	0.3750
07 Ои!ег	10.8125	20336	6.5625	4.2500	8643	5.50®	0.9375 !
0? (нпег ,	10.7500	9*0.8	6.5625	4.1375	4107	3,50®	0.6250
обв 1пг1сг! 1ттег	9.75«	575.0	6.5625	3 1875	1833	2.·«®	0.3940
08 1писг	9.55«	1395.0	6.5625	2.9875	4168	3.4375	0.6563
08 1пмт 1ш«г	9.20«	575 (1	6.5625	2-6375	15 П	2.0000	0.3940

Таблица 2Ь. Параметры боковых пружин

5йе Κρτίπβκ	Рг« Не!$®	Яа1е	3οΐιδ Ηβι§6(	Нгее ίο ϋο|1<)	ΒαΙίΟ Сарясйу	Со)! (Мгле®	а - З'Лге О1атскг
(ίη)	(Ι6κί«)	(ίη)	(®	(Μ	(ίη)	(®
133 5.3 (Кисг	11.1875	1358.4	6.5625	4.6250	62ЙЗ	4.8750	0 8125
В354 ΙιιηβΓ	11.5000	577.6	6.5625	49375 .	2852	3.Ϊ250	0.5313
0355 Оше г	10.7500	1358.8	6.5625	4Л875	5690	4.8750	0.3125
В356 1пиег	10.2500	9! 3 4	6.5635	3.6875	ЗЗЙЙ	3 1250	05625
0437 Ои(й	11.0625	1030.4	6.5625	4.50®	4637	3.8750	0.6719
В433 1ппег	1.1.3750	459.2	6.5623	4.8125	2210	2.4063	0.4375
49427-1 Οιιΐιτ	ΓΙ.3125	1.359.0	6.5625	4.75®	6455
49427-2 Ιγιπεϊ	ίδ 8125	«5.0	6.5625	4.25®	3421
0358 Омгег	10 750 -5	1546.0	ΪΜΰ	4.1875	6474	5.0000	0.8438
0359 !ппес	11.3750	1 537.5	6.5625	4.ΪΙ25	2587	3.1875	0.5313
5 23 ΙΟ-1 Ошсг	ϊ 1-312.5	; 855,0	6.5625	4.7500	4061		.
52310-2 1пп£-г	8.7500	2444.0	6.5 625	2 1875	5346
1 !· 1-0562 Ои1сг	¢2.5625	997.0	6.5625	1 6ЛЮОО	5982
11-1-0563 Ои1ег	12.6875	' 480.0	6.5625	6.1250	2940
М5С-1 Очк-Г	11.1.875	952.0	6.5625	4.6256	4403	4.8750	: 0.765(1
N802 Ыпег	11.5000	300 0	6.5625	4.9375	1481	3.0.350	0.4580

В табл. 3 приведен список параметров тележки для некоторых распространенных типов тележек, а также для типов тележек, предложенных авторами настоящего изобретения. В варианте осуществления тележки, обозначенном как №1, применяются клиновые гасители колебаний, расположенные прямоугольником; первичный угол клиньев равен 45° (+/-), и клинья имеют стальные опорные поверхности. В варианте осуществления тележки, обозначенном как №2, применяются клиновые гасители колебаний, расположенные прямоугольником; первичный угол клиньев равен 40° (+/-), и клинья имеют неметаллические опорные поверхности.

- 38 013652

Таблица 3. Параметры тележек

	Νλ€Ο Μοίίίιπ	ЁэгЬег	БчнЬсг	АЗР В11[И5Г Венке ЮйсМамиг	А5Г Μοίίΰη Сети!	Ькк 1	Ыи.2	Но. 3 2:-3:2
ϋνίατη	6 * Р7-0	7*05-0	6*175-0	? · Ο5-Ό	7*175-0	5 * 05-0	5 * 05 О	3*051-0
7 * Ρ7-Ι	7 *	7*06-1	? *И5-1	5 05-1	5 · ОМ	5 * 136-1	3*061-1
4 *»6А		4* Й>А	2* РОА		5*ОЙА	5*06А	ЗЧХИ-А
	2*49427-1	2-ВИЗ	2-В353	2 * 5062	2*5062	2*№£>1	4 · ВИЗ	4* ВИЗ
2*49427-2	2 · 0354	2*В354	2*5063	2*5063	2 · Н354	4 · В354	4* В354
	22414	27414	270В8	36496	24253	17326	18952	221Й
	25197	27414	28943	27423	24153	27177	28247	24664
5о1И	юз да	ПК,572	105,347	107,4«®	96,735	98,773	107.063	97.970
	10Л5(Й		9-8558	10.0925	ИМ1721	9.9523	10Л5ЙЗ	10.0797
№	7. Шй	7.9562	7,8748	8.0226	7.7734	7.71«!	7.9(179	7.8033
	432В	•3872	3872 п	2954	2954	611 ί	7744	7744
	17.18	Ι4.Ϊ2	13.38	10.77	12.12	22.51	• ТМ2	31.40
а	45	за	32	37-5	37.5	45	40	45
Рг, (4омч1)	1549	3291	3291	1711	1711	2392	2455	2522
Рв(ир)	1515	1742 ,	1742	1202	1202	2080	274 Ϊ	2019
Той)	306«	5033	5033	2913	2913	4472	5196	4601

В табл. 3 данные по основным пружинами даны в формате количество пружин/тип пружин. Например, ЛБР Бирег Бегу1се В1бе Мабег, в одном из вариантов осуществления изобретения, имеет 7 пружин Ό5 наружн., 7 пружин Ό5 внутр., установленных внутри Ό5 наружн., и 2 пружины Ό6Ά внутренн.внутренн., установленных внутри Ό5 внутренн. среднего ряда (т.е. ряд вдоль осевой линии надрессорной балкой). Также имеются 2 боковые пружины 5052 наружн., и 2 пружины 5063 внутренн., установленные внутри 5062 наружн. Боковые пружины будут средними элементами боковых рядов под установленными по центру клиньями гасителей колебаний.

к_етр1у относится к суммарной жесткости комплекта в фунтах/дюйм для порожней (т.е. не груженой) тележки;

к|_о._аы относится к жесткости пружин в фунтах/дюйм для полностью груженой тележки;

Полное обозначает усилие в фунтах, при котором пружины сжимаются до конца;

Н_етр1у относится к высоте пружин порожнего вагона;

Н_Ъоабеб относится к высоте пружин в состоянии покоя при полностью груженном вагоне;

к„ относится к суммарной жесткости пружин под гасителями колебаний.

к^/к[_оабеб представляет отношение жесткости пружин под гасителями колебаний к суммарной жесткости комплекта в нагруженном состоянии, выраженное в процентах.

Под углом клина понимается первичный клина, выраженный в град.

Р_в - сила трения на стойке боковины. Приводится для движения вверх и вниз, а в последней строке приведена сумма этих значений.

В различных вариантах осуществления тележек, как, например, тележка 22, упругое сопряжение между каждой боковиной и соответствующим концом надрессорной балки может включать расположенные прямоугольником гасители колебаний и рессорный комплект по схеме 3 х 3, с одной из групп пружин, описанных в табл. 1. Эти группы могут подпирать клинья с первичными углами, лежащими в диапазоне 30-60°, или в более узком диапазоне 35-55°, или еще в более узком диапазоне 40-50°, которые могут иметь величину 32, 36, 40 или 45°. Клинья могут иметь стальные или модифицированные поверхности, как, например, неметаллические поверхности.

Клинья и боковые пружины могут быть подобраны таким образом, чтобы обеспечить жесткость боковых пружин, равную 20% или более от суммарной жесткости рессорного комплекта. Жесткость боковых пружин может составлять 20-30% суммарной жесткости комплекта. В некоторых вариантах осуществления клинья и боковые пружины могут быть выбраны таким образом, чтобы обеспечить суммарную силу трения гасителей колебаний комплекта менее 3000 фунтов для полностью груженого вагона при движении надрессорной балки вниз. В других вариантах осуществления арифметическая сумма сил трения гасителей комплекта колебаний при движении вверх и вниз может быть меньше 5500 фунтов.

В некоторых вариантах осуществления, в которых применяются гасители колебаний с стальными гранями, сумма значений сил трения гасителей колебаний при движении вверх и вниз может лежать в диапазоне 4000-5000 фунтов. В некоторых вариантах осуществления величина силы трения при движении надрессорной балки вверх может лежать в диапазоне от 2/3 до 3/2 от величины силы трения при движении вниз. В некоторых вариантах осуществления соотношение Рб (вверх)/Рб (вниз) может лежать в диапазоне от 3/4 до 5/4. В некоторых вариантах осуществления соотношение Рб (вверх)/Рб (вниз) может

- 39 013652 лежать в диапазоне от 4/5 до 6/5, и, наконец, еще в одном варианте осуществления данные величины могут быть приблизительно равны.

В некоторых вариантах осуществления, в которых применяются неметаллические фрикционные поверхности, сумма значений сил трения при движении вверх и вниз может лежать в диапазоне 4000 5500 фунтов. В некоторых вариантах осуществления отношение величины силы трения при движении надрессорной балки вверх Еб (вверх), к величине силы трения при движении надрессорной балки вниз Еб (вниз) может лежать в диапазоне от 3/4 до 5/4, или в более узком диапазоне от 0,85 до 1,15. И наконец, указанные клинья могут иметь вторичный угол, величина которого может лежать в диапазоне от 5 до 15 градусов.

№/№ 1 и 2

Изобретатели полагают предпочтительным сочетания параметров, приведенные в табл. 3 в столбцах №1 и №2. В варианте №1 сопряжение клинья/стойки боковины может реализовываться через пару трения сталь/сталь. В варианте №2 могут применяться неметаллические поверхности трения, не склонные к скачкообразному движению, для которых итоговые коэффициенты статического и динамического трения приблизительно равны. Коэффициенты трения фрикционной грани клина по стойке боковины может составлять примерно 0,3. Наклонные поверхности клиньев могут также сопрягаться с неметаллической опорной поверхностью и могут быть также не склонны к скачкообразному движению. Коэффициенты статического и динамического трения наклонных граней могут быть приблизительно равны и могут составлять примерно 0,2. Данные клинья могут иметь вторичный угол, и величина вторичного угла может составлять примерно 10°.

№3

В некоторых вариантах осуществления изобретения может применяться схема компоновки рессорного комплекта 2:3:2. При такой схеме пружины гасителей колебаний могут располагаться прямоугольником, в котором каждая пара пружин гасителей колебаний не разделена промежуточной основной пружиной, а находятся рядом, равно как и гасители колебаний могут прилегать друг к другу боковыми гранями, или могут быть разделены перегородкой или проставкой. Возможно наличие трех основных пружин, расположенных по продольной осевой линии надрессорной балки. Данные пружины могут быть нестандартными пружинами и могут включать наружные, внутренние и внутренние пружины второго порядка, обозначенные соответственно Э51-О. Ό61-Ι и Ό61-Ά в табл. 1, 2 и 3 выше. В варианте №3 возможно применение клиньев с парой трения сталь-сталь, в которых коэффициент кинетического трения по вертикальной грани может лежать в диапазоне 0,30-0,40, и может составлять около 0,38, а коэффициент кинетического трения по наклонной грани может лежать в диапазоне 0,12-0,20 и может составлять примерно 0,15. Угол клина может находиться в диапазоне 45-60°, или в более узком диапазоне 50-55°. В случае, если используется клин с углом 50° (+/-), силы трения при движении вверх и вниз могут быть примерно равны (т.е. отличаться от среднего значения не более чем на 10%), и могут давать в сумме величину порядка 4600-4800 фунтов, возможно равную примерно 4700 фунтам (+/-50). В случае, если используется клин с углом 55° (+/-), силы трения при движении вверх и вниз могут быть примерно равны (т.е., отличаться от среднего значения не более чем на 10%) и могут давать в сумме величину порядка 3700-4100 фунтов, возможно равную примерно 3850-3900 фунтам.

В качестве альтернативы в других вариантах применяется схема компоновки рессорного комплекта 2:3:2, с неметаллическими гранями клиньев. Эти клинья могут характеризоваться коэффициентом кинетического трения вертикальной грани по стойке боковины в диапазоне 0,25-0,35, который может составлять примерно 0,30. Коэффициент динамического трения наклонной грани может находиться в диапазоне от 0,08 до 0,15, может составлять примерно 0,10. Возможно применение клиньев с углом 35-50°. Угол клина может лежать в более узком диапазоне от 40 до 45°. В одном из вариантов осуществления могут применяться клинья с углом 40°, для которых силы динамического трения при движении вверх и вниз имеют значения, отличающиеся от среднего не более чем на 20%, и чья сумма может лежать в диапазоне от 5400 до 5800 фунтов, и может составлять примерно 5600 фунтов (+/-100).

В еще одном из вариантов осуществления могут применяться клинья с углом 45°, для которых силы динамического трения при движении вверх и вниз имеют значения, отличающиеся от среднего не более чем на 20%, и чья сумма может лежать в диапазоне примерно от 440 до 4800 фунтов и может составлять примерно 4600 фунтов (+/-100).

Варианты сочетания элементов и размещения

В данном описании перечисляются различные примеры расположения гасителей колебаний и надставка подшипника. Нет необходимости описывать все особенности одновременно, и вполне возможны различные сочетания элементов конструкции. Поэтому особенности вариантов осуществления изобретения, приведенные на многочисленных чертежах, могут быть смешаны и скомбинированы без нарушения или выхода из объема охраны изобретения. Для упрощения изложения не будет сделано описания для каждого варианта схемы компоновки пружин рессорного комплекта, но следует понимать, что с рессорными комплектами схем 2 х 4, 3 х 3, 3:2:3, 2:3:2, 3 х 5 и прочих могут применяться разнообразные конфигурации гасителей колебаний. Аналогично, возможны различные варианты сопряжения надставка

- 40 013652 подшипника/гнездо буксовой челюсти, которые были изложены выше. Имеется большое количество возможных вариантов сочетания элементов конструкции и схем размещения гасителей колебаний и надставки подшипника. И следует помнить, что разнообразные особенности могут быть совмещены, и для этих вариантов не обязательно приводить новые чертежи и описания.

В разнообразных вариантах осуществления изобретения, описанных в данном документе, могут применяться устройства самоподруливания в сочетании с гасителями колебаний, характеризующимися отсутствием или пониженной склонностью к скачкообразному движению. Для обеспечения самоподруливания в них могут применяться прокладки Реппку раб, или иные эластомерные прокладки. В качестве альтернативы возможно применение двунаправленного качающегося устройства, которое может включать качалку с опорной поверхностью сложного профиля кривизны; некоторые примеры подобных конструкций изложены и описаны выше. И наконец, в различных вариантах осуществления изобретения, описанных в данном документе, может применяться схема размещения гасителей колебаний в виде четырехугольника, которая может включать опорные поверхности, не склонные к скачкообразному движению, в сочетании с устройствами самоподруливания, и, в частности, с двунаправленными качающимися устройствами самоподруливания, как, например, качалка сложного профиля кривизны.

В разнообразных вариантах осуществления тележек, описанных в данном документе, могут быть приведены установленные снаружи и внутри фрикционных накладок стоек боковины выступы надрессорной балки. В варианте осуществления изобретения, приведенном в данном документе, зазор между выступами и боковыми стойками достаточен для обеспечения запаса поперечного перемещения надрессорной балки относительно колесных пар в обе стороны от нейтрального положения по меньшей мере 3/4 дюйма, предпочтительно более 1 дюйма, или в диапазоне от 1 или 1-1/8 дюйма до примерно 1-5/8 или 1-9/16 дюйма в обе стороны от нейтрального положения.

Авторы изобретения являются сторонниками варианта осуществления, в котором применяются двунаправленная поверхность качания сложной кривизны, схема расположения гасителей колебаний в виде прямоугольника с применением гасителей колебаний с фрикционными накладками с пониженной склонностью или отсутствием склонности к скачкообразному движению, и с наклонными гранями с относительно низкими фрикционными опорными поверхностями. Однако возможно множество вариантов сочетания элементов конструкции и размещения особенностей, приведенных в примерах данного документа. В общем, полагается предпочтительным применение конструкции, обеспечивающей самодренаж, по сравнению с конструкциями с углублениями, для которых требуется выполнение дренажного отверстия.

Для каждой из тележек, приведенных и описанных в данном документе, итоговые ходовые качества могут зависеть от взаимодействия выбранной схемы рессорного комплекта и физических свойств, или от схемы гасителей колебаний и свойств, или от обоих факторов, в сочетании с динамическими свойствами сопряжения надставка подшипника/гнездо буксовой челюсти. Предпочтительно, чтобы поперечная жесткость боковины, выступающей в роли маятника, была меньше поперечной жесткости на сдвиг рессорного комплекта. В железнодорожных вагонах на 110-тонных тележках возможно применение варианта тележек с вертикальной жесткостью рессорного комплекта в диапазоне 16000-36000 фунтов/дюйм в сочетании с вариантом осуществления с двунаправленным сопряжением надставка подшипника/гнездо буксовой челюсти, описанным выше. В другом варианте осуществления изобретения вертикальная жесткость рессорного комплекта может быть менее 12000 фунтов/дюйм на рессорный комплект, с горизонтальной жесткостью на сдвиг менее 6000 фунтов/дюйм.

Схемы с двойными гасителями колебаний, описанные выше, также могут изменяться и включать любой из четырех типов конструкции гасителей колебаний, описанных на странице 715 Энциклопедии вагонов и локомотивов (1997), (информация приведена в качестве ссылки), с соответствующими структурными изменениями для установки двойных гасителей колебаний, каждый из которых опирается на отдельную пружину. То есть, хотя ранее и были изложены и описаны варианты с наклонной поверхностью гнезда надрессорной балки и наклонными клиньями, опирающимися на основные пружины, фрикционные колодки могут быть горизонтальными, установленными на независимых пружинах в гнездах самой надрессорной балки, а не на основных пружинах. В качестве альтернативы возможна установка фрикционных клиньев в боковинах с ориентацией вверх или вниз.

Варианты осуществления тележек, приведенные и описанные в данном документе, могут изменяться для обеспечения соответствия характеру предполагаемой эксплуатации. Характеристики тележки в значительной мере определяются предполагаемой нагрузкой, колесной базой, жесткостью пружин, схемой их компоновки, геометрией маятника, схемой размещения гасителей колебаний и их геометрией.

Итак, выше подробно описаны разнообразные варианты осуществления изобретения. Внесение изменений и добавлений в описанные предпочтительные решения может производиться без нарушения объема охраны изобретения, поэтому изобретение не ограничено приведенными примерами, а ограничено лишь прилагаемой пунктами формулой изобретения.

Claims (19)

1. Надставка подшипника, устанавливаемая на корпус роликового подшипника колесной пары железнодорожной тележки, имеющего ось вращения, содержащая верхнюю часть и нижнюю часть, включающую две дуги, предназначенные для установки на корпус подшипника и отстоящие от указанного подшипника в осевом направлении;

первый конец и второй конец, каждый из которых имеет первый и второй угловые упоры, причем каждый конец и его соответствующие угловые упоры образуют канал для установки упорных блоков буксовой челюсти железнодорожной тележки; а указанная верхняя часть имеет выполненную на ней дугообразную поверхность, сформированную на некотором теле вращения вокруг оси, параллельной оси вращения подшипника.

2. Надставка подшипника по п.1, в которой поверхность верхней части выполнена дугообразной также вокруг оси вращения, перпендикулярной к оси вращения подшипника.

3. Надставка подшипника по любому из пп.1 или 2, в которой нижняя часть имеет выполненное в ней гнездо, а верхняя часть представляет собой вставку, установленную в это гнездо.

4. Надставка подшипника по п.3, в которой верхняя часть выполнена из материала, отличного от материала нижней части.

5. Надставка подшипника по п.1, в которой дугообразная поверхность является сферической.

6. Надставка подшипника по п.1, в которой дугообразная поверхность имеет радиус кривизны, находящийся в пределах от 20 до 50 дюймов.

7. Надставка подшипника по п.1, в которой нижняя часть надставки подшипника выполнена рельефной над верхней мертвой точкой обоймы подшипника.

8. Железнодорожная тележка, имеющая поперечную надрессорную балку, смонтированную на первой и второй боковинах и имеющую первый и второй концы, причем указанные боковины установлены с возможностью качания в поперечном направлении на концах указанной балки на соответствующих первом и втором рессорных комплектах, указанные боковины установлены с возможностью самоподруливания на первой и второй колесной паре;

каждый из рессорных комплектов имеет первую, вторую, третью и четвертую угловые пружины, а тележка имеет первый, второй, третий и четвертый гасители колебаний, каждый из которых установлен над соответствующей первой, второй, третьей и четвертой угловой пружиной.

9. Железнодорожная тележка по п.8, в которой элементы самоподруливания установлены между буксовыми челюстями указанных боковин и колесными парами и имеют характеристику отклонение/нагрузка, которая является функцией вертикальной нагрузки.

10. Железнодорожная тележка по любому из пп.8 или 9, в которой тележка имеет номинальную грузоподъемность;

боковины установлены с возможностью поперечного качания и имеют сопротивление поперечному качанию, к_репб_и1_ит;

рессорные комплекты имеют сопротивление поперечной деформации сдвига к_{8ргтд8Ьеаг}; а при указанной номинальной грузоподъемности сопротивление поперечному качанию к_{реп6и1ит} меньше, чем сопротивление поперечной деформации сдвига к_{8ргтд8Ьеаг}.

11. Железнодорожная тележка по п.10, в которой сопротивление поперечному качанию к_{реп6и1ит} находится в пределах от 0,95 до 2,6 дюйм-фунтов на радиан на фунт веса вертикальной нагрузки.

12. Железнодорожная тележка по п.8, которая имеет надставки подшипников, установленные между боковинами и колесными парами и имеющие дугообразную верхнюю поверхность, изогнутую вдоль соответствующих боковин.

13. Железнодорожная тележка по п.8, которая имеет надставки подшипников, установленные между указанными боковинами и указанными колесными парами и имеющие дугообразную верхнюю поверхность, которая изогнута в продольном и в поперечном направлении.

14. Железнодорожная тележка по п.8, в которой гасители колебаний содержат клинья гасителей колебаний, которые имеют первичный угол, превышающий 35°.

15. Железнодорожная тележка по п.8, в которой гасители колебаний имеют неметаллическую поверхность износа.

16. Железнодорожная тележка по п.8, в которой гасители колебаний вызывают появление силы Р_ир при движении вверх относительно боковины и силы Р_6отеп при движении вниз относительно боковины, а отношение силы Р_ир к силе Р_6отеп находится в пределах от 2:3 до 3:2.

17. Железнодорожная тележка по п.8, которая имеет фрикционные накладки стойки боковины, которые расположены поперек указанных боковин и выполнены плоскими, гасители колебаний, взаимодействующие с фрикционными накладками стоек боковин, а расстояние между выступами в тележке обеспечивает перемещение надрессорной балки относительно каждой боковины в обе стороны от нейтрального положения по меньшей мере на 3/4 дюйма.

18. Железнодорожная тележка по п.8, в которой каждая из указанных угловых пружин имеет другую пружину, размещенную в ней.

- 42 013652

19. Железнодорожная тележка по п.8, которая имеет номинальную грузоподъемность, равную нагрузке в 70 т на тележку стандартных типоразмеров ЛАК.