Фрикційний клин

1. Фрикційний клин для оснащення демпферів візків вантажних залізничних вагонів і платформ, що має порожнистий металевий клиновий корпус, що включає основу з засобом посадки на щонайменше одну ресорну пружину візка вагона, практично вертикальну і похилу стінки, що обмежені площинами, і бічні стінки, і знімну змінну накладку з пружного зносостійкого полімерного матеріалу, встановлену на похилій стінці клинового корпуса, який відрізняється тим, що в середній частині практично вертикальної стінки клинового корпуса щонайменше з однієї її сторони виконане поглиблення, права і ліва частини якого дзеркально симетричні щодо вертикальної площини симетрії цього корпуса. 2. Фрикційний клин за п. 1, який відрізняється тим, що поглиблення виконане на зовнішній стороні практично вертикальної стінки клинового корпуса, яка у робочому положенні обернена до боковини візка. 3. Фрикційний клин за п 1, який відрізняється тим, що поглиблення виконане на внутрішній неробочій стороні практично вертикальної стінки клинового корпуса. 4. Фрикційний клин за п. 1, який відрізняється тим, що поглиблення виконані на зовнішній і внутрішній сторонах практично вертикальної стінки клинового корпуса. 5. Фрикційний клин за кожним з пп. 1-4, який відрізняється тим, що кут нахилу до горизонталі похилої стінки клинового корпуса і накладки з пружного зносостійкого полімерного матеріалу складає 45±1°. 6. Фрикційний клин за кожним з пп. 1-5, який відрізняється тим, що накладка виготовлена з такого полімерного матеріалу, модуль пружності якого при стисненні вибраний в інтервалі (0,85З.ООЇЮ"4 Емк, де Емк - модуль Юнга матеріалу клинового корпуса. 7. Фрикційний клин за кожним з пп. 1-6, який відрізняється тим, що коефіцієнт сухого тертя ковзання пружного зносостійкого полімерного матеріалу по матеріалу клинового корпуса не перевищує 0,4. 8. Фрикційний клин за кожним з пп. 1-7, який відрізняється тим, що співвідношення d/l товщини d накладки з пружного зносостійкого полімерного матеріалу до її довжини І вибрано в інтервалі від 0,11 до 0,17. 9. Фрикційний клин за кожним з пп. 1-8, який відрізняється тим, що накладка приєднана до похилої стінки клинового корпуса щонайменше одним введеним у відповідний отвір штифтом. 10. Фрикційний клин за п. 9, який відрізняється тим, що штифт виконаний за одне ціле з накладкою, а відповідний отвір виконаний у похилій стінці клинового корпуса. 11. Фрикційний клин за п. 9, який відрізняється тим, що штифт введений в отвір з натягом. Корисна модель відноситься до конструкції фрикційних клинів для демпферів (тобто гасителів) вертикальних і бічних коливань і подовжньої і бічної хитавиці кузовів залізничних вантажних вагонів і платформ щодо візків. Тут і далі стосовно до корисної моделі: термін «вантажний залізничний вагон» позначає будь-який екіпаж, що оснащений візками з надресорними балками, призначений для перевезення по залізницях довільних твердих чи рідких вантажів і може бути обраний із групи, що включає криті вагони, піввагони, хопери, цистерни і т п., термін «кузов» позначає будь-яку місткість для твердих малогабаритних штучних чи навалочних вантажів або будь-який резервуар для рідких вантажів, які кінематичне зв'язані з надресорними балками візків відповідного вантажного залізничного вагона; термін «залізнична платформа» позначає плоску опору для великогабаритних штучних вантажів CO о 00 1803 або контейнерів, що кінематичне зв'язана з надресоркими балками ВІЗКІВ а термін «практично вертикальна» стосовно до однієї зі стінок зазначеного далі клинового корпуса вказує иа ВІДПОВІДНІСТЬ ЦІЄЇ СТІНКИ звуженому з на хилом приблизно на Г догори прорізу у боковині візка Зрозуміло, що все сказане далі стосовно до кузовів вантажних залізничних вагонів рівною мірою відноситься і до залізничних платформ Фахівцям добре відомо, що пружинні ресори, якими оснащені усі візки зазначених вагонів і платформ, призначені для амортизації переважно ударних навантажень при взаємодії ободів коліс зі стиками рейок або іншими нерівностями шляху, що пружини зазначених ресор незважаючи на високу твердість здатні брати участь у коливальних процесах і що тому для гасіння коливань і хитавиці кузовів звичайно використовують фрикційні демпфери Основою таких демпферів є фрикційні клини, що встановлюють між скошеними кінцевими частинами надресорних балок і боковинами ВІЗКІВ З опорою щонайменше на одну з кручених (звичайно циліндричних) пружин Звичайні фрикційні клини мають вигляд порожнистих литих корпусних металевих деталей з внутрішніми ребрами жорсткості Основа кожного клинового корпуса має форму, придатну для стійкої посадки на обрану пружину чи групу пружин візка, а практично вертикальна стінка з боку, зверненого до боковини візка і похила стінка з боку, зверненого до ВІДПОВІДНОГО скосу надресорної балки, цілком обмежені площинами (див Скиба И О Вагоны / Изд 4-е испр и доп - М Транспорт, 1973, с 89, рис 82) При русі вагонів тертя між зазначеними стінками клинових корпусів і ВІДПОВІДНИХ частин надресорних балок і боковин ВІЗКІВ ІСТОТНО послабляє вертикальні коливання кузовів і їх бічну і подовжню хитавицю Однак те ж саме тертя обумовлює інтенсивний знос таких корпусів і потребу в їх частій заміні Для зменшення зносу і продовження ресурсу можна проводити загальновідому зміцнювальну термічну чи термохімічну обробку клинових корпусів Для тієї ж мети на боковинах ВІЗКІВ, ЯК правило, установлюють ЗНІМНІ легко замінні планки зі зносостійких матеріалів Однак під час руху вагонів фрикційна взаємодія надресорних балок і боковин ВІЗКІВ З ВІДПОВІДНИМИ похилими і практично вертикальними стінками клинових корпусів нерідко відбувається не по всіх плоских контактних поверхнях а лише по їх деяким (звичайно верхнім) ділянкам Тому навіть зміцнені ЦІЛІСНІ клинові корпуси через нерівномірний знос їх стінок підлягають частій заміні, а надресорні балки в зонах похилих площин кишень вимагають регулярного ремонту Скоротити кількість таких замін і ремонтів удалося установкою на похилі стінки клинових корпусів накладок з пружних зносостійких полімерних матеріалів, зокрема поліуретану (US Ns4 915 031) ЦІ накладки цілком виключають тертя металу по металу в кожній парі «похила стінка клинового корпуса - відповідна частина надресорної балки» і сприяють перерозподілу навантажень у парі «основа клинового корпуса - торець пружини» і, особливо, у парі «практично вертикальна стінка клинового корпуса - зносостійка планка на боковині візка» Тому ресурс фрикційних клинів і сполучених з ними частин ВІЗКІВ різко зріс Відомий з зазначеного патенту фрикційний клин найближчий до пропонованого клина по технічній суті Він має порожнистий металевий {звичайно литий) клиновий корпус, що включає основу з засобом посадки на щонайменше одну ресорну пружину візка вагона, практично вертикальну і похилу стінки, цілком обмежені площинами, і бічні стінки, і знімну змінну накладку з пружного зносостійкого полімерного матеріалу, наприклад, поліуретану, встановлену на похилій СТІНЦІ зазначеного корпуса Однак перерозподіл зусиль через таку полімерну накладку не виключає перекоси твердих практично вертикальних стінок клинових корпусів щодо зносостійких планок на боковинах ВІЗКІВ Це особливо помітно при вписуванні ВІЗКІВ у криволінійні ділянки шляху Тому в основу корисної моделі покладена задача удосконаленням конструкції створити такий фрикційний клин для візків вантажних залізничних вагонів і платформ, що забезпечував би рівномірнішій розподіл стирального навантаження по поверхні практично вертикальної стінки з боку боковини візка, що дуже важливо при русі вагонів по криволінійних ділянках шляху Поставлена задача вирішена тим, що у фрикційному клині для оснащення ВІЗКІВ вантажних залізничних вагонів і платформ, який має порожнистий металевий клиновий корпус, що включає основу з засобом посадки на щонайменше одну ресорну пружину візка вагона, практично вертикальну і похилу стінки, обмежені площинами, і бічні стінки, і знімну змінну накладку з пружного зносостійкого полімерного матеріалу, установлену на похилій СТІНЦІ клинового корпуса, згідно з винахідницьким задумом в середній частині практично вертикальної стінки клинового корпуса щонайменше з однієї і» сторони виконане поглиблення, права і ліва частини якого дзеркально симетричні щодо вертикальної площини симетрії клинового корпуса Будь-яке таке поглиблення знижує жорсткість практично вертикальної стінки клинового корпуса, сприяючи її згинанню при вписуванні ВІЗКІВ у криволінійні ділянки шляху і, ВІДПОВІДНО більш рівномірному розподілу стирального навантаження по робочій поверхні зазначеної стінки з боку боковини візка Перша додаткова ВІДМІННІСТЬ Є В тому, що поглиблення виконане на ЗОВНІШНІЙ стороні практично вертикальної стінки клинового корпуса, яка у робочому положенні звернена до боковини візка Це безпосередньо поліпшує розподіл стирального навантаження по робочій поверхні зазначеної стінки Друга додаткова ВІДМІННІСТЬ Є В тому, що поглиблення виконане на внутрішній неробочій стороні практично вертикальної СТІНКИ КЛИНОВОГО корпуса Це побічно поліпшує розподіл стирального 1803 навантаження по робочій поверхні практично вертикальної стінки зазначеного корпуса. Третя додаткова відмінність є в тому, що поглиблення виконані на зовнішній І внутрішній сторонах практично вертикальної стінки клинового корпуса. Цим досягається найрівномірнішій розподіл стирального навантаження по робочій поверхні вказаної' стінки. Четверта додаткова відмінність є в тому, що кут нахилу до горизонталі похилої стінки клинового корпуса і накладки на неї з пружного зносостійкого полімерного матеріалу складає 45 ± 1° Цей кут нахилу найефективніший з погляду рівномірної передачі розпірного зусилля від надресорної балки на практично вертикальну стінку зазначеного корпуса. П'ята додаткова відмінність є в тому, що накладка виготовлена з такого полімерного матеріалу, модуль пружності якого при стисненні обраний в інтервалі (0,85 - 3,00)*10 ч Е мк , де Емк - модуль Юнга матеріалу клинового корпуса. Це дозволяє накладці не тільки витримувати стискальні зусилля від навантаженого кузова вагона, передані через надресорну балку на зазначений корпус, але й ефективно перерозподіляти їх по поверхні його похилої стінки, що особливо важливо при русі вагонів по криволінійних ділянках шляху. Шоста додаткова відмінність є в тому, що коефіцієнт сухого тертя ковзання пружного зносостійкого полімерного матеріалу по матеріалу клинового корпуса не перевищує 0,4. Це сприяє досить вільним деформаційним зсувам накладки щодо похилої стінки зазначеного корпуса при зміні величини і/або напрямку зусилля зсуву цієї накладки. Сьома додаткова відмінність є в тому, що співвідношення о7І товщини d накладки з пружного зносостійкого полімерного матеріалу до її довжини І обрано в інтервалі від 0,11 до 0,17. Як було встановлено експериментальне, при меншому співвідношенні в накладці через «пережим» звичайно виникають тріщини, що змушують до її заміни, а при більшому співвідношенні відносні зсуви клинового корпуса і надресорної балки візка стають надмірно вільними. Восьма додаткова відмінність є в тому, що накладка приєднана до похилої стінки клинового корпуса щонайменше одним введеним у відповідний отвір штифтом. Це додаткове з'єднання практично виключає вихід накладки з зазору між зазначеною стінкою І відповідною поверхнею надресорної балки. Дев'ята додаткова ВІДМІННІСТЬ Є В тому, що штифт виконаний заодно з накладкою, а відповідний отвір виконаний у похилій стінці клинового корпуса. Це дозволяє зменшити масу цього корпуса. Десята додаткова відмінність є в тому, що штифт введений в отвір з натягом. Тим самим досягається додаткова фіксація накладки в необхідному положенні щодо похилої стінки клинового корпуса. Далі суть корисної моделі пояснюється докладним описом її конструкції j роботи з посиланнями на креслення, де зображені на: фіг.1 - загальний вигляд фрикційного клина в розргзі площиною симетрії корпуса; фіг.2 - вигляд практично вертикальної стінки клинового корпуса з боку боковини візка; фіг.З - поперечний переріз зазначеної практично вертикальної стінки клинового корпуса по АА з фіг.2; фіг.4 - загальний вигляд клинового корпуса з умовно зсунутою накладкою з пружного зносостійкого полімерного матеріалу (аксонометрична проекція). Як видно на фіг. 1, фрикційний клин для оснащення візків вантажних залізничних вагонів І платформ має: порожнистий металевий клиновий корпус 1, що включає основу 2, оснащену засобом 3 для посадки на щонайменше одну не показану тут ресорну пружину візка вагона, практично вертикальну і похилу стінки 4 і 5, що обмежені площинами, і бічні стінки 6; і знімну змінну накладку 7 із пружного зносостійкого полімерного матеріалу, встановлену на похилій стінці клинового корпуса 1. Згаданий засіб 3 звичайно має вигляд: кільцевого буртика, що охоплює торець однієї" ресорної пружини чи зовнішню пружину з декількох (звичайно двох) концентричне розташованих переважно циліндричних ресорних пружин на візку вагона, або конусоподібного виступу, що входить усередину однієї ресорної пружини чи внутрішньої пружини з декількох концентричне розташованих ресорних пружин, або включає очевидну для фахівців (і тому не показану особливо) комбінацію зазначених буртика і виступу. У середній частині практично вертикальної стінки 4 (див. фігури 2 і 3) щонайменше з однієї Ті сторони виконане поглиблення, права і ліва частини якого дзеркально симетричні щодо вертикальної площини симетрії клинового корпуса 1, яка умовно позначена штриховою лінією. Наприклад, одне поглиблення 8 може бути виконано (див. фіг.2) тільки на зовнішній стороні практично вертикальної стінки 4 клинового корпусу 1, яка у робочому положенні звернена до не показаної тут боковини візка. Також одне поглиблення 9 може бути виконано (див. фіг.З) тільки на внутрішній, неробочій стороні практично вертикальної стінки 4. Максимум величини кожного поглиблення 8 чи 9, що може досягати 0,1 (а переважно від 0,01 до 0,05) товщини практично вертикальної стінки 4, приходиться на її нижню частину, а в бічних напрямках (обов'язково) і у верхньому напрямку (бажано) ці поглиблення плавно (і «на око» практично непомітно) сполучаються з плоскими поверхнями стінки 4. Доцільно, щоб зазначені поглиблення 8 і 9 були виконані на обох сторонах практично вертикальної стінки 4, як це явно видно на фіг.З. Бажано, щоб кут нахилу до горизонталі похилої стінки 5 клинового корпуса 1 і накладки 7 із пружного зносостійкого полімерного матеріалу складав 4 5 + 1 ° . Також бажано, щоб накладка 7 була виготовлена з такого полімерного матеріалу, модуль пру 1803 жності якого при стисненні обраний в інтервалі (0,85 - 3,00)*10 д Е мк , де Е мк - модуль Юнга матеріалу клинового корпуса 1. Таким матеріалом звичайно служить монолітний поліуретан. Однак не виключене застосування інших композиційних матеріалів, наприклад, виготовлених Із синтетичних каучуків на основі акрилонітрилу. При цьому дуже бажано, щоб, незалежно від конкретного складу такого полімерного матеріалу, коефіцієнт сухого тертя ковзання накладки 7 по матеріалу клинового корпуса 1 не перевищував величини 0,4. Дуже бажано, щоб співвідношення d/l товщини d накладки 7 Із пружного зносостійкого полімерного матеріалу до її довжини І було обрано в інтервалі від 0,11 до 0,17 І щоб ця накладка 7 була приєднана до похилої стінки 5 клинового корпуса 1 щонайменше одним штифтом, що введений у відповідний отвір. Доцільно виконувати кожен такий штифт 10 заодно з накладкою 7, а кожен відповідний отвір 11 під цей штифт 10 бажано виконувати в похилій стінці 5 клинового корпуса 1. Зокрема, на фіг.4 штриховою лінією на верхній стороні накладки 7 показане місце розташування щонайменше одного можливого (зокрема, центрального) штифта 10, а в зазначеній стінці 5 видно багато отворів 11. Штифти 10, незалежно від їх кількості, доцільно виготовляти так, щоб вони входили у відповідні отвори 11 з натягом. Слід зазначити, що накладка 7 може бути зафіксована на поверхні похилої стінки 5 клинового корпуса 1 верхнім і нижнім буртиками 12 (див. фігури 1 і 4) без штифтів 10 чи в сполученні з довільною кількістю таких штифтів 10, що отвори 11 у зазначеній стінці 5 навіть при відсутності штифтів сприяють фіксації накладки 7, тому що пружний полімерний матеріал здатний, деформуючись під навантаженням, злегка вдавлюватися в такі отвори 11, і що ці отвори 11 (навіть якщо вони глухі) дозволяють зменшити витрату металу на виготовr 5 7 \ \ VC LL I / YYtr , 6-. 1 3 Фіг. 1 Л 8 лення клинових корпусів 1. Описаний пристрій працює в такий спосіб. Розпірне зусилля £рі від скошеного торця надресорної балки візка вантажного залізничного вагона на практиці нерідко нерівномірно розподіляється по верхній стороні накладки 7, а його окремі складові р, можуть бути орієнтовані до неї під різними кутами залежно від взаем орозташування в просторі цієї балки й інших частин візка. Природно, що при русі вагона згадане взаєморозташування у визначених межах змінюється залежно від напрямку й амплітуди коливань кузова і ходової частини вагона, які, у свою чергу, залежать від завантаження кузова, кривизни залізничної колії і якості складання і поточного стану вагона чи платформи. Згадане зусилля Zp» стискає І деформує накладку 7. Далі нижня сторона накладки 7 перерозподіленим зусиллям діє через похилу стінку 5 і бічні стінки 6 на практично вертикальну стінку 4, жорсткість якої знижена завдяки поглибленням 8 і/або 9. Тому стінка 4 деформується, «підлаштовуючись» під конкретне навантаження і залишаючись у щільному контакті з відповідною стінкою боковини візка. Природно, що знос такої стінки 4 при фрикційному гасінні коливань частин вагона стає рівномірнішим і що, відповідно, зростає ресурс клинового корпуса 1 і фрикційного клина в цілому. Зрозуміло, що такі зазначені вище конструктивні ознаки, як кут нахилу до горизонталі похилої стінки 5 клинового корпуса 1 і накладки 7, діапазон бажаних значень модуля пружності полімерного матеріалу накладки 7 при стисненні, граничне значення коефіцієнта сухого тертя ковзання полімерного матеріалу накладки 7 по матеріалу клинового корпуса 1, співвідношення d/l товщини накладки 7 до її довжини І додаткове штифтове з'єднання накладки 7 з похилою стінкою 5 клинового корпуса 1, можуть бути використані як порізно, так і в довільній сукупності з ознаками поглиблень 8 і/або 9 для посилення зазначеного технічного ефекту. 4 ^ иь itM" 8 Фіг. 2 Фіг. З 1303 10 Фіг. 4 Підписано до друку 05 06 2003 р Тираж 39 прим. ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236 - 47 - 24