РАМА ГРУЗОВОГО ВАГОНА

Предложенная полезная модель относится к железнодорожному подвижному составу и касается конструкций рам железнодорожных грузовых вагонов с хребтовыми балками и их конструктивных элементов.
Из уровня техники известна рама грузового вагона (Патент России на полезную модель №130565, опубликован 27.07.2013), содержащая хребтовую балку и шкворневые балки, содержащие нижние шкворневые листы, каждый из которых имеет крепежную площадку, посредством которой шкворневая балка соединяется с хребтовой балкой. Места соединения хребтовой балки и шкворневых балок усилены продольными элементами, которые приварены продольно хребтовой балке к ее нижней полке встык с нижним листом шкворневой балки.
Известна рама кузова полувагона (Патент России на полезную модель №187701, опубликован 14.03.2019), содержащая хребтовую балку и промежуточные поперечные балки, включающие в себя вертикальные, нижние и верхние листы, причем нижний лист каждой промежуточной поперечной балки в зоне хребтовой балки имеет уширение. Нижний лист каждой промежуточной поперечной балки выполнен ассиметрично вертикальному листу промежуточной поперечной балки.
Недостатком известных технических решений является недостаточная прочность рамы при действии на нее нагрузок изгиба и кручения в процессе эксплуатации грузового вагона.
Кроме того, известна рама грузового вагона (Патент России на полезную модель № 171786, опубликован 16.06.2017), принятая за прототип, содержащая хребтовую балку, включающую в себя среднюю часть и литые консольные части с выполненными заодно пятниками, причем литые консольные части соединены со средней частью хребтовой балки встык, и шкворневые балки, закрепленные на хребтовой балке с соединением с консольными частями хребтовой балки, причем каждая шкворневая балка включает в себя нижний шкворневой лист, состоящий из двух отдельных участков, расположенных, по существу, симметрично относительно продольной оси хребтовой балки, и продольных элементов, расположенных, по существу, продольно относительно оси хребтовой балки, так что каждый продольный элемент перекрывает часть нижней поверхности консольной части хребтовой балки и соответствующую часть нижней поверхности средней части хребтовой балки, тем самым объединяя обе указанные части.
Недостатком известного технического решения является недостаточная прочность сварного соединения средней несущей части хребтовой балки с литыми консольными частями в процессе эксплуатации рамы грузового вагона.
Предлагаемой полезной моделью решается техническая проблема недостаточной прочности соединения средней части хребтовой балки с ее литыми консольными частями.
Технический результат заключается в повышении прочности рамы грузового вагона в зоне соединения средней части хребтовой балки с ее литыми консольными частями.
Технический результат достигается тем, что рама грузового вагона содержит хребтовую балку, включающую в себя среднюю часть и литые консольные части с выполненными заодно пятниками, причем литые консольные части соединены со средней частью хребтовой балки встык, и шкворневые балки, закрепленные на хребтовой балке с соединением с консольными частями хребтовой балки, причем каждая шкворневая балка включает в себя нижний шкворневой лист, при этом нижний шкворневой лист шкворневой балки состоит из двух отдельных участков, расположенных, по существу, симметрично относительно продольной оси хребтовой балки, при этом шкворневой лист содержит дополнительную усиливающую листовую накладку, перекрывающую часть нижней поверхности консольной части хребтовой балки и соответствующую часть нижней поверхности средней части хребтовой балки, объединяя обе указанные части, причем толщина усиливающей накладки задана из диапазона от 10 до 20 мм.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что длина усиливающей накладки задана из диапазона от 800 до 1200 мм.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется фигурами, на которых показано:
Фиг.1 – узел крепления шкворневой балки и хребтовой балки (вид снизу), где 1 – хребтовая балка, 2 – поперечная концевая балка, 3 – шкворневая балка, 4 – промежуточная балка, 5 – средняя часть хребтовой балки, 6 – консольная часть хребтовой балки, 7 – ударная розетка, 8 – пятник, 9 – передние упоры, 10 – задние упоры, 11 – верхний лист шкворневой балки, 12 – нижний лист шкворневой балки, 13 – усиливающая листовая накладка.
Фиг. 2 – трехмерное изображение узла крепления шкворневой балки и хребтовой балки, где 1 – хребтовая балка, 2 – поперечная концевая балка, 3 – шкворневая балка, 5 – средняя часть хребтовой балки, 6 – консольная часть хребтовой балки, 7 – ударная розетка, 8 – пятник, 9 – передние упоры, 10 – задние упоры, 11 – верхний лист шкворневой балки, 12 – нижний лист шкворневой балки, 13 – усиливающая листовая накладка.
Фиг. 3 – трехмерное изображение сечения узла крепления шкворневой балки и хребтовой балки, где 1 – хребтовая балка, 3 – шкворневая балка, 8 – пятник, 11 – верхний лист шкворневой балки, 12 – нижний лист шкворневой балки, 13 – усиливающая листовая накладка.
Фиг. 4 – Результаты моделирования эквивалентных напряжений (МПа) в зоне стыка средней части хребтовой балки и консольной части хребтовой балки с закрепленной усиливающей листовой накладкой (не показана), где 5 – средняя часть хребтовой балки, 6 – консольная часть хребтовой балки.
Рама грузового вагона (Фиг.1 – Фиг.3) содержит хребтовую балку 1 и закрепленные на ней поперечные концевые балки 2, шкворневые балки 3 и промежуточные балки 4, расположенные между шкворневыми балками 3. Хребтовая балка 1 включает в себя среднюю часть 5 и две консольные части 6, выполненные литыми, включающими в себя ударную розетку 7, пятник 8, передние упоры 9 и задние упоры 10. Консольные части 6 соединены со средней частью 5 хребтовой балки 1 встык, а каждая закрепленная к консольным частям 6 шкворневая балка 3 выполнена коробчатой формы и содержит два вертикальных листа, перекрытых сверху верхним листом 11 и снизу нижним листом 12, состоящим из двух отдельных участков, расположенных, по существу, симметрично относительно продольной оси хребтовой балки 1. В местах соединения хребтовой балки 1 со шкворневыми балками 3 рама грузового вагона содержит усиливающие листовые накладки 13, повышающие жёсткость. Каждая усиливающая листовая накладка 13 частично перекрывает нижние поверхности консольной части 6 хребтовой балки 1 и средней части 5 хребтовой балки 1, объединяя обе указанные части в зоне пятника 8. Участки каждого нижнего шкворневого листа 12 соединены с соответствующей усиливающей листовой накладкой 13. Толщина усиливающей листовой накладки 13 задана из диапазона от 10 до 20 мм, а ее длина от 800 до 1200 мм.
Наличие дополнительной усиливающей листовой накладки 13 в месте стыка средней части 5 хребтовой балки 1 с консольной частью 6 хребтовой балки 1 обеспечивает повышение прочности их соединения в режимах удара и рывка. Достижение технического результата подтверждается результатами моделирования в программном продукте Siemens NX 11. На фигуре 4 представлены результаты моделирования эквивалентных напряжений (МПа) в зоне стыка средней части 5 хребтовой балки 1 и консольной части 6 хребтовой балки 1 с закрепленной усиливающей листовой накладкой (на фигуре не показана), из которых видно, что за счет крепления усиливающей листовой накладки в зоне стыка снижаются напряжения в этой зоне и не превышают максимально допустимые (325 МПа). Максимальное напряжение в зоне стыка равно 302 МПа. Заявленные диапазоны толщины и длины усиливающей листовой накладки 13 также обеспечивают повышение прочности соединения средней части 5 хребтовой балки 1 с консольной частью 6 хребтовой балки 1. При толщине усиливающей листовой накладки 13 менее 10 мм и длине менее 800 мм не удается снизить напряжения зоне стыка до напряжений, не превышающих максимально допустимые. При толщине усиливающей листовой накладки 13 более 20 мм и длине более 1200 мм значительно повышается металлоемкость конструкции.
Таким образом, как показано в вышеприведённом описании полезной модели, достигается технический результат, заключающийся в повышении прочности рамы грузового вагона в зоне соединения средней части хребтовой балки с ее литыми консольными частями.