УПРОЩЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ ХОДОВЫХ ЧАСТЕЙ ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ

Известно, что одним из важнейших видов транспорта, как в нашей стране, так и за рубежом, является железнодорожный транспорт. Это объясняется его универсальностью в обслуживании производящих отраслей народного хозяйства и удовлетворении потребностей населения в пассажирских перевозках. Характерной особенностью современного подвижного состава является сравнительно высокая скорость его движения, производительность, энергонасыщенность, надежность и экономическая эффективность использования. Такие качества основаны на постоянном совершенствовании конструкций локомотивов, грузовых и пассажирских вагонов, рельсового пути, систем обеспечения безопасности движения, его регулирования, а также устройств автоматики, сигнализации и связи. В настоящее время Уралвагонзаводом выпускаются различные типы грузовых вагонов предназначенных для перевозки различных грузов в том числе, например, полувагоны для перевозки массовых неагрессивных насыпных непылевидных грузов модели 12-132-02. Техническая характеристика вагона следующая: грузоподъѐмность, 69,7 т, тара, 23.8 т, объѐм кузова, 77 м3, длина по осям сцепления автосцепок, 13920 мм, база, 8650 мм, максимальная нагрузка от колѐсной пары на рельс, 230 кН, конструкционная скорость , 120 км/ч, модель тележки, 18-100.

Перечисленные конструкции вагонов независимо от их назначения состоят из пяти основных узлов, а именно: ходовой части, рамы, ударно-тяговых приборов, кузова и пневматического не прямодействующего тормоза. Ходовые части обеспечивают безопасное движение вагонов по рельсовому пути с необходимой плавностью хода и наименьшим сопротивлением движению. Ходовые части монтируют обычно на тележках и наиболее распространѐнными из них являются двухосные тележки конструкции ЦНИИ-ХЗ. Такая тележка состоит из двух боковых рам (боковин), надрессорной балки, двух колѐсных пар с буксами на подшипниках качения, тормозное оборудование  в виде тормозных колодок,  управляемых пневмоцилиндром, и рессорных комплектов. Колѐсная пара тележки включает в себя два колеса жѐстко закреплѐнных на одной оси. Каждое колесо, катанное безбандажное диаметром круга катания 950мм и имеет гребень, предотвращающий сход его с рельса. Допускаемая нагрузка на ось составляет 22,0т и собственная масса тележки равна 4595кг. Между вагонными тележками и кузовом вагона располагается его рама. У вагонов, имеющих цельнонесущий кузов таких, как полувагоны, их рамы совмещены с нижней частью кузова. На рамах размещается автосцепное и тормозное оборудование и они, воспринимают все основные нагрузки, действующие на вагон. Конструктивно рама выполнена из продольных (хребтовая и боковые) и поперечных (передние, шкворневые и промежуточные) балок. На передних балках рам установлены автосцепки с поглощающими аппаратами. Все вагоны оборудованы тормозным оборудованием, представляющим собой комплекс устройств, создающих сопротивление движению поезда с целью регулирования скорости его движения. [1-3].

Известно также, что одним из важнейших, конструкционных элементов такого вагона является рессорное подвешивание, которое состоит из рессор, выполненных из цилиндрических винтовых пружин сжатия, фрикционных гасителей колебаний, устройств для их крепления, устройств для передачи нагрузок от кузова, тяговых и тормозных усилий, и устройств для регулирования наклона кузова. Рессорное подвешивание предназначено для уменьшения динамического воздействия колес на рельсы при движении по неровностям пути, и ударных нагрузок, передаваемых от рельс элементам тележки и кузову экипажа. Оно также решает задачи равномерного распределения нагрузки от веса подвижного состава между колесными парами и обеспечивает частичную передачу горизонтальных составляющих сил со стороны колес на рамы тележек и кузовов [2].

Анализ конструкции рессорного подвешивания полувагона12-132-02 показывает, что в настоящее время существующая конструкция его рессорного подвешивания еще далека до совершенства, так как достаточно сложно в устройстве, изготовлении, имеет значительную собственную массу, а, следовательно, и высокую стоимость и поэтому одним из перспективных направлений в их модернизации, является использование торсионных рессор, причѐм таких которые бы в автоматическом режиме изменяли свою крутильную жѐсткость в движении последнего.

Учитывая вышеизложенное на кафедре механики и технологических процессов ЕГУ им. И.А. Бунина в течении ряда лет проводится бюджетная НИР на тему «Динамика, прочность и надѐжность транспортных, сельскохозяйственных, строительно-дорожных машин и промышленного оборудования, применительно к Чернозѐмному региону РФ», и одним из еѐ разделов, является разработка, направленная на упрощение конструкции и повышение эффективности использования рессорного подвешивания грузовых вагонов. По результатам проведенного анализа библиографических и патентных источников разработано перспективное торсионное подвешивание для грузовых вагонов признанное изобретением (Решение ФИПС на выдачу патента на изобретение по заявке №2013116126/11от 05.11.14г).

Так на Рисунке 1 показана часть кузова грузового вагона с одной из его тележек вид сбоку и одна из колесных пар тележки грузового вагона вид сверху.

Грузовой вагон состоит из кузова 1, установленного с помощью шкворня 2 на надрессорной балки 3, которая расположена в окнах 4 боковин 5, образующих тележку вагона. Надрессорная балка 3 расположена на рычагах 6 жестко присоединенных к стержням торсионов 7.Стержни торсионов 7 расположены в пустотелой полости 8 осей колесных пар 9 на которые установлены буксы 10 и колеса 11.Противоположный конец стержней торсионов 7 относительно рычагов 6 снабжен шлицами 12, взаимосвязанных с ответными выполненными во втулках 13, жестко присоединенных к буксам 10. Грузовой вагон расположен на рельсах 14.

Работает грузовой вагон следующим образом. В зависимости от действия величины статической нагрузки Рст (Рисунок 2) приложенной к надрессорной балке 3 грузового вагона, а она может присутствовать как у порожнего, так и у полностью загруженного грузом кузова 1, рычаги 6 стержней торсионов 7 могут занимать любые положения, упруго деформируя стержни торсионов (конструкция и работа торсионов хорошо известна в практике), которые расположены в пустотелой полости 8 оси колесной пары 9. Известно, что при движении грузового вагона в составе поезда или вне его динамические нагрузки Рд, вызываемые неровности рельсового пути 14 значительны, а поэтому колебания надрессорной балки 3 происходят с высокой амплитудой, однако, в данном технически решены такие амплитуды будут успешно гаситься за счет того, что стержни торсионов 7 будут получать закрутку на некоторый угол θ, при этом их жесткость, вызываемая сопротивлением закручивания позволит демпфировать указанные возмущения. Более того, если рычаг в стержне торсиона 7 выполнить из другого материала и сечения его подобрать таким, что при динамических нагрузках ,превышающих допустимые эксплуатационные показатели, то последний работает на изгиб по стрелке А, и имея определенные жесткости характеристики, так же как и стержень торсиона 7 будет способен участвовать в демпфировании и получать прогиб, который можно определить по известной зависимости Y = Pl3/3EJx. После исчезновения указанных нагрузок стерни торсионов 7 и рычаги 6 под действием упругих сил сопротивления их деформация возвращается в исходное положение такое, как это показано на Рисунке 2. Далее описанные процессы могут повторяться неоднократно.

Технико-экономическое преимущество предложенного технического решения в сравнении с известными заключается в том, что оно просто по конструкции и позволяет эффективно и в автоматическом режиме демпфировать колебания кузовов грузовых вагонов.

Для расчѐта основных геометрических и кинематических параметров такой рессоры с привязкой еѐ на полувагон предназначенный для перевозки массовых неагрессивных насыпных непылевидных грузов модели 12- 132-02 разработана расчѐтная схема и применена соответствующая методика, которая изложена ниже. Такой полувагон имеет унифицированные тележки, снабженные рессорным подвешиванием с суммарным статическим прогибом  80 мм,  При разработке  расчетной схемы, учтена  существующая конструкция двухосной  тележки модели 18-100где вместо комплектов  винтовых пружин сжатия  в  полых осях колѐсных парторсионы выполненные по заявке №2013116126/11.На каждой из тележек полувагона установлены по две торсионные рессоры одна с правой, а другая с левой стороны относительно продольной его оси.

Приведем пример численного расчета геометрических и кинематических параметров торсионной рессоры выполненного в следующей последовательности. Исходя из того, что на одну колесную пару полувагона действует реальная статическая нагрузка 230кН, то к рычагу одной торсионной рессоры будет приложена сила Nст = 230кН. Известно, что рабочая нагрузка (динамическая) на рессорный комплект полувагона не превышает 57кН. Суммарная нагрузка на рессору в этом случае составит NΣ = NCT + Nд= 230 + 50 = 280кН, тогда момент, приложенный к торсиону, при выбранной длине его рычагаl1= 400 мм определится Мкр = NΣl1 = 280∙0,4 = 112 кН·ми исходя из конструктивных соображений установим длину стержня торсиона равную l = 2060 мм при рельсовой колее 1520 мм. Вычислим диаметр стержня торсиона по зависимости:

Для автоматизации расчѐтов с применением ЭВМ, разработана программа с использованием языка Delphi, окно которой, в качестве примера, показано на Рисунке 2.

Список литературы

1.     Вершинский С.В. и др. Динамика вагона. М.: Транспорт, 1972.-304с.

2.     Шадур Л.А, Челноков И.И. Вагоны. М.: Транспорт, 1965.-365с.

3.       Логинов А.И., Афанаськин Н.Е. Вагоны самосвалы. М.: Машиностроение, 1975.-192с.