Тривізковий вагон в.в. бодрова

Реферат: UA 89314 U UA 89314 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до конструкції вантажних вагонів, але може бути використана при розробці нових пасажирських вагонів і локомотивів. Відомі конструкції тривізкових вагонів, що містять два сполучених кузови, кожен з яких спирається на один крайній і на загальний середній поворотні візки, наприклад, [1]. Такі вагони застосовуються для перевезення довгомірних вантажів, подібні зчленування кузовів використовують у вагонах трамваїв і метро. У вагонах великої вантажопідйомності середній візок дозволив би спростити конструкцію і знизити вагу тари, але він повинен бути не поворотним, а переміщуваним в поперечному напрямку. Відомий пристрій для шлаковбирання [2], що включає цистерну для перевезення рідкого металургійного шлаку, який складається з трьох жорстко скріплених секцій, кожна з яких спирається на свій візок - крайні секції на поворотні візки, а середня - на поперечно переміщувану. Винахід не реалізований в основному з тієї причини, що не була запропонована конструкція середнього візка та його сполучення з кузовом вагона. У патентній та іншій технічній літературі автор не знайшов близького аналога, тому як прототип вагона прийнятий шести- або восьмивісний двовізковий універсальний або спеціалізований вантажний вагон (у тому числі платформа, думпкар, цистерна), що включає раму з хребтовою і поперечними балками - двома шкворневими, сполученими з двома поворотними візками, двома кінцевими і декількома проміжними балками, див., наприклад, [3, 4]. Недоліки прототипу вагона - обмежена вантажопідйомність, відношення ваги тари до вантажопідйомності залишає бажати кращого. Але через відсутність прийнятної для вагонів конструкції середнього візка тривізкові вагони не створювалися. Відома конструкція сполучення кузова з середнім візком тривізкового екіпажа, що містить опори, виконані у вигляді хитних стисних стрижнів з нижніми шарнірами, закріпленими до рами візка, і верхніми, закріпленими до кузова, і зовнішні поперечні балки візка, на яких закріплені пружні апарати поперечного зв'язку візка з кузовом. Кожен апарат містить корпус, в напрямних якого розміщений шарнірно пов'язаний з кузовом горизонтальний стрижень з двома виїмками, контактуючими з роликами, пружними в перпендикулярному до стрижня напрямку [5]. На прямих ділянках колії вертикальне навантаження кузова на візок передається вертикальними хитними стисними стрижнями, в пружних апаратах ролики знаходяться всередині виїмок і сили підтиску роликів взаємно врівноважуються. При поворотах середній візок переміщається щодо кузова в напрямку дії відцентрової сили. Хитні стрижні нахиляються, утворюється горизонтальна складова вертикального навантаження, пружний апарат з роликами переміщується щодо горизонтального стрижня, при цьому в кривих шляху великого радіуса проти роликів виявляються нахилені до осі стрижня ділянки виїмок і утворюється горизонтальна складова сили тиску пружин, спрямована проти дії відцентрової сили, а в кривих малого радіуса переміщення візка і горизонтального стрижня більше півдовжини виїмки, ролики переміщуються на поверхню, паралельну осі стрижня і горизонтальна складова тиску пружин зникає. Результуюча горизонтальних складових притискає гребені коліс середнього візка до зовнішнього рельса, зменшуючи горизонтальне навантаження на крайні візки. Таке сполучення кузова з середнім візком призначено для локомотива, але для вагонів не застосовується через великий габарит по висоті. Крім того, істотні недоліки аналога: - при переміщенні середнього візка деформація пружин вертикальних стрижнів і ресор середнього візка зменшується, значить збільшується вертикальне навантаження на крайні візки - складність конструкції. Відома конструкція опори кузова електровоза на середній візок, що містить верхню, пов'язану з кузовом за допомогою пружин, і нижню, закріплену на рамі візка, опорні плити і розміщені між ними тіла кочення (ролики), об'єднані сепаратором, до якого приєднані взаємодіючі з верхньою та нижньою опорними плитами водила, робочі поверхні опорних плит виконані опуклими (циліндричними або у вигляді сполучення плоских поверхонь), а на вершинах цих робочих поверхонь є горизонтальні площадки, на яких встановлені тіла кочення. Вертикальне переміщення верхньої опорної плити при поперечному переміщенні візка компенсується пружиною, через яку кузов спирається на верхню плиту. Опорні плити і ролики розташовані в корпусі, заповненому маслом [6]. При вході цього залізничного екіпажа в криву середній візок зміщується в поперечному напрямку до зовнішнього рельса щодо рами кузова, нижня опорна плита зміщується щодо верхньої опорної плити, завдяки перекатуванню роликів. 1 UA 89314 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 На опуклій поверхні реакція від взаємодії роликів і опорних плит спрямована таким чином, що збільшує бічний вплив середнього візка на зовнішню рейку, і за рахунок цього зменшує бічний вплив на нього крайніх візків. Після виходу залізничного екіпажу з кривої опорні плити і ролики займають вихідні положення завдяки водилам. Така конструкція опори дозволяє залежно від кривизни робочих поверхонь плит (або їх нахилу) передавати різну частку бічних сил від кузова на середній візок. Так, якщо кут нахилу робочих поверхонь становитиме 11°, то боковий вплив від кузова на всі візки розділиться порівну. Висота цієї конструкції опори також не дозволяє розмістити її під вагоном, вона має ті ж недоліки, властиві першому аналогу, і на додаток до них - близьке до гранично допустимого напруження в плямах контакту роликів і опорних плит, оскільки роликів всього два, тому що для кожного ролика опорні плити повинні мати дві опуклі поверхні, довжина яких дорівнює відстані гранично можливого поперечного переміщення візка (до 250 мм), але прийнята як прототип зважаючи на збіг основної ознаки. Задача корисної моделі - істотне зменшення висоти і спрощення конструкції візка з механізмом сполучення, який зберігає постійною висоту при переміщеннях, на її основі збільшення можливої вантажопідйомності і зменшення відношення ваги тари до вантажопідйомності вагона. Задача вирішується за рахунок того, що в тривізковому вагоні, що включає раму з хребтовою і поперечними балками - двома шкворневими, сполученими з двома поворотними візками, двома кінцевими і декількома проміжними балками, згідно з корисною моделлю, в середині хребтової балки виконаний вузол стикування з верхньою опорною плитою середнього візка, в поперечних балках виконані співвісні отвори з осями, паралельними поздовжній осі вагона, і в них розміщені торсіони з кривошипно-шатунними механізмами, а у середньому візку, що містить механізм сполучення з кузовом вагона, який включає нижню, закріплену на візку, і верхню опорні плити, розміщені між ними ролики, об'єднані сепаратором, опорні плити виконані з плоскою робочою поверхнею, верхня опорна плита з'єднана з кузовом, а нижня опорна плита жорстко закріплена до видозміненої надресорної балки двовісного або до сполучної балки чотиривісного візка, нижня опорна плита шарнірно з'єднана з шатунами кривошипно-шатунних механізмів. Додатково до цього, нерухомі торці торсіонів закріплені зовні кінцевих балок рами вагона і обладнані вузлами стикування з зовнішнім механізмом закручування; на обох кінцях як мінімум одного ролика виконані шестерні центрування з радіусом початкової окружності, рівним радіусу кочення роликів, і входять у зачеплення з зубчастими рейками центрування, жорстко закріпленими до верхньої та/або нижньої опорних плит. Оскільки такий механізм сполучення не містить пружин, через які кузов спирається на верхню опорну плиту і водив з довжиною, приблизно рівною гранично можливому поперечному переміщенню візка, на рівному шляху розташованих вертикально, а опорні плити не мають опуклих ділянок, візок з механізмом сполучення має порівняно малу висоту. Плоскі робочі поверхні опорних плит, по-перше, не змінюють висоти при взаємному переміщенні, значить не збільшують вертикальне навантаження на крайні візки, по-друге, дозволяють розмістити в рази більшу кількість роликів, а значить при рівній їх довжині і діаметрі вельми істотно зменшити контактні напруги і підвищити термін експлуатації. Функцію водив виконують шестерні і горизонтальні рейки центрування разом з сепаратором. Вони виключають проковзування роликів щодо опорних плит і забезпечують повернення плит і роликів у вихідне положення на рівних ділянках шляху. Кривошипно-шатунні механізми встановлені симетрично відносно поздовжньої осі вагона так, що за відсутності поперечного переміщення візка шатуни розташовані вертикально і сума горизонтальних складових сил від крутного моменту торсіонів дорівнює нулю. У кривих шляху при поперечному переміщенні візка шатуни нахиляються до горизонту, крутний момент всіх торсіонів через кривошипи і шатуни створює горизонтальну силу в напрямку переміщення візка і через неї на зовнішню рейку шляху, зменшуючи горизонтальну складову на поворотні візки від відцентрової сили і не збільшуючи при цьому вертикальне навантаження на них. Розміщення торсіонів під кузовом уздовж його поздовжньої осі від країв опорної плити середнього візка до країв вагона дозволяє застосовувати торсіони, довжина яких забезпечує закручування на кут приблизно вдвічі більший, ніж кут повороту кривошипа при максимальному поперечному переміщенні середнього візка. 2 UA 89314 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Вузли стикування торсіона із зовнішнім механізмом закручування і подальшого жорсткого кріплення до кінцевих балок дозволяють перед заміною середнього візка безпечно розвантажити торсіони, а після підкатки нового візка під вагон і з'єднання нижньої опорної плити з шатунами, безпечно і з мінімальною трудомісткістю повернути торці торсіонів на заданий кут в заданому напрямку, після чого жорстко закріпити їх до кінцевих балок і видалити механізм закручування. Ходова частина тривізкового вагона в порівнянні з двовізковим дозволяє знизити вагу тари за рахунок того, що: - Два триосьових візка більш складні у виготовленні, мають велику вартість і значно більшу вагу, ніж три двовісні з додатковим механізмом сполучення середнього візка. Наприклад, широко використовуваний тривісний візок моделі 18-102 важить 8.8 т, а найбільш поширений двоосьовий візок моделі 18-100 важить 4.76 т, тобто вага тари скорочується більш ніж на 2.5 т (до 10 % від загальної ваги тари). Ходова частина восьмивісного вагона з двох чотиривісних візків найбільш поширеної моделі 18-101 важить 24 т, а з однієї середньої чотиривісної і двох двовісних - приблизно 22 т. - Відповідно до теорії опору матеріалів жорсткість балки на двох опорах пропорційна квадрату відстані між опорами. У двовізковому вагоні відстань між опорами хребтової балки значно більша, ніж у тривізковому, відповідно її жорсткість можна знизити, отже зменшити вагу. Середній візок дозволяє виробляти десяти і дванадцативісні вагони з вантажопідйомністю, що не досяжна для двовізкових. Викладена суть винаходу пояснюється кресленнями, де зображено: Фіг. 1 - можливі варіанти ходової частини тривізкових вагонів. Фіг. 2 - Розріз по А-А: поперечний розріз чотиривісного середнього візка і рами кузова в прямій шляху. Фіг. 3 - Поперечний розріз чотиривісного середнього візка і рами кузова в кривій шляху. Фіг. 4 - Розріз по Б-Б: поперечний розріз двовісного середнього візка і рами кузова в прямій шляху. Фіг. 5 - Поперечний розріз двовісного середнього візка і рами кузова в кривій шляху. Фіг. 6 - Розріз по В-В: поздовжній розріз чотириосного візка по осях роликів. Фіг. 7 - Розріз по Г-Г: поздовжній розріз двовісного візка по осях роликів. Фіг. 8 - Кінематика кривошипно-шатунних механізмів. Ходова частина вагона 1 (Фіг. 1, 2, 4) включає дві поворотні 2 (Фіг. 1) і один поперечно переміщуваний середній 3 візок, двовісну 4 (Фіг. 4, 7) або чотиривісну 5 (Фіг. 2, 6). Кузов вагона 1 включає раму з хребтовою 6 (Фіг. 3) і поперечними 7 балками. У поперечних балках 7 розміщені торсіони 8 (Фіг. 3, 8), зовнішні кінці яких жорстко закріплені до кінцевих балок через вузли стикування з зовнішнім механізмом закручування (не показані), а внутрішні жорстко з'єднані з кривошипами 9, шарнірно з'єднаними шатунами 10 (Фіг. 3, 6, 8) з нижніми опорними плитами 11 (Фіг. 3, 5-7), закріпленими до сполучної балки 12 (Фіг. 3, 6) чотиривісного або до надресорної балці 13 двовісного (Фіг. 5, 7) візка. На нижній опорній плиті розміщені ролики 14 (Фіг. 6, 7) з сепараторами 15 і зубчасті рейки центрування 16, зчленовані з шестернями центрування 17, жорстко закріпленими до кінців середнього ролика 14. На ролики 14 спирається верхня опорна плита 18 (Фіг. 5) з бортами 19 (Фіг. 5-7). Верхня опорна плита також обладнана зубчастими рейками центрування (не показані), а борти 19 обладнані ущільненнями (не показані), що запобігають потраплянню пилу на робочі поверхні опорних плит. Для виключення поздовжнього переміщення верхньої опорної плити 18 щодо нижньої 11, на останній є упори 20 (Фіг. 6, 7), між упорами 20 і поперечними бортами 19 встановлені зносостійкі планки 21. Пристрій працює таким чином. При підкочуванні середнього візка під тривізковий вагон зовнішні кінці торсіонів з пристроями стикування з зовнішнім механізмом закручування не закріплені до кінцевих балок вагона. Після розміщення візка під середньою частиною вагона і з'єднання вузла стикування хребтової балки 6 з верхньою опорною плитою 18 шатуни 10 шарнірно з'єднуються з відповідними вушками нижньої опорної плити 11, потім до одного з торців вагона зовнішнім вантажопідйомним механізмом підноситься механізм закручування торсіона, наприклад, у вигляді електроприводу з багатоступеневим редуктором, його тихохідний вал з'єднується з торсіоном за допомогою вузла стикування, а корпус редуктора - з рамою вагона. Включається електродвигун і зовнішній торець торсіона повертається на заданий кут, після чого вузол стикування жорстко з'єднується з кінцевою балкою рами вагона, механізм закручування від'єднується, переноситься до торця другого торсіона і операція закручування повторюється. 3 UA 89314 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Після цього механізм закручування переноситься до другого торця вагона і аналогічно закручуються і закріплюються торці інших двох торсіонів. Крайні візки підкочуються і з'єднуються з рамою тривізкового вагона так само, як і двовізкового. При експлуатації внутрішні кінці торсіонів 8 через кривошипи 9 і шатуни 10 тиснуть на нижню опорну плиту 11. У рівних ділянках шляху шатуни 10 розташовані вертикально, крутний момент торсіона компенсується парою вертикальних сил - на візок через шатуни і на кузов через торсіони 8. У кривих шляху візок, а з ним і нижня опорна плита переміщується в поперечному напрямку, шатуни 10 нахиляються до горизонту - див. Фіг. 8. Чим більше переміщення, тим більше горизонтальна проекція сил тиску кривошипів 9 на шатуни 10 в напрямку переміщення, але при цьому тим на більший кут повертаються кривошипи і зменшується крутний момент торсіонів 8. При їх довжині порядку 0.4 довжини кузова, тобто 4…6 м, кут допустимого початкового закручування більш ніж удвічі перевищить середній кут розкручування і крутний момент з пари горизонтальних сил - на візок в бік зовнішньої рейки і на вагон у зворотний бік, може компенсувати цілком задовільну частину діючої на вагон відцентрової сили. При переміщенні ролики 14 перекочуються щодо опорних плит 11 і 18 в напрямку переміщення на величину, вдвічі меншу величини переміщення нижньої плити 11. Жорстко з'єднані з одним з роликів, наприклад із середнім, шестерні центрування 17 з діаметром початкової окружності, рівним діаметру поверхні катання ролика, перекочуються по рейках центрування 16 так, що цей ролик котиться без проковзування, а сепаратори 15 забезпечують рівне перекочування всіх роликів 14. На виході з кривої шляху середній візок переміщується у зворотний бік, при цьому нижня опорна плита 11, ролики 14 і кривошипно-шатунні механізми з торсіонами повертаються у вихідне положення. При зміні швидкості вагона між опорними плитами 11 і 18 виникають інерційні сили. Упори 20 через планки 21 гасять ці сили, виключаючи поздовжнє взаємне переміщення опорних плит. Таким чином, запропонований механізм сполучення середнього візка з кузовом вагона має просту конструкцію та висоту, що дозволяє розмістити його між кузовом і надресорною частиною візка, при його поперечному переміщенні висота механізму не змінюється, а горизонтальна сила, що настає в напрямку переміщення, забезпечує приблизно рівномірний розподіл відцентрової сили на всі колісні пари вагона. Все це дозволяє створювати тривізкові вагони, які порівняно з двовізковими мають істотно більшу вантажопідйомність зі збільшеним відношенням її до ваги тари. Джерела інформації: 1. Патент РФ № 2457968 С2, МПК: B61D 3/20; B61F 1/02. Опубл. 10.08.2012. Бюлл. № 22. 2. Авт. свид. СССР № 457626, кл. B61D 5/00; B65G 67/42. Опубл. 25.01.1975. Бюлл. № 3. 3. Грузовые вагоны колеи 1520 мм железных дорог СССР. Альбом-справочник. М.: "Транспорт", 1989. с. 42, 43. 4. Грузовые вагоны. Часть 1 (полувагоны и крытые вагоны). Учебное пособие./ М.И. Харитонов, В.Н. Панкин. - Хабаровск. Изд-во ДВГУПС, 2003. с. 14-36. 5. Авт. свид. СССР № 1057351 А, кл. В61С 17/00. Опубл. 30.11.1983. Бюлл. № 44. 6. Патент РФ № 2078003, МПК B61F 5/00. Опубл. 27.04.1997. Бюлл. № 12. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Тривізковий вагон, що включає раму з хребтовою і поперечними балками - двома шкворневими, сполученими з двома поворотними візками, двома кінцевими і декількома проміжними балками, який відрізняється тим, що в середині хребтової балки виконаний вузол стикування з верхньою опорною плитою середнього візка, в поперечних балках виконані співвісні отвори з осями, паралельними поздовжній осі вагона, і в них розміщені торсіони з кривошипно-шатунними механізмами, а в середньому візку, що містить механізм сполучення з кузовом вагона, який включає нижню, закріплену на візку, і верхню опорні плити та розміщені між ними ролики, об'єднані сепаратором, опорні плити виконані з плоскою робочою поверхнею, верхня опорна плита з'єднана з кузовом, а нижня опорна плита жорстко закріплена до видозміненої надресорної балки двовісного або до сполучної балки чотиривісного візка, нижня опорна плита шарнірно з'єднана з шатунами кривошипно-шатунних механізмів. 2. Тривізковий вагон за п. 1, який відрізняється тим, що нерухомі торці торсіонів закріплені зовні кінцевих балок рами вагона і обладнані вузлами стикування з зовнішнім механізмом закручування. 4 UA 89314 U 3. Тривізковий вагон за п. 1, який відрізняється тим, що на обох кінцях як мінімум одного ролика виконані шестерні центрування з радіусом початкової окружності, рівним радіусу кочення роликів, і входять у зачеплення з зубчастими рейками центрування, жорстко закріпленими до верхньої та/або нижньої опорних плит. 5 UA 89314 U 6 UA 89314 U 7 UA 89314 U 8 UA 89314 U Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 9