НАДРЕССОРНАЯ БАЛКА ТРЕХОСНОЙ ТЕЛЕЖКИ ГРУЗОВОГО ВАГОНА

Заявляемая полезная модель относится к железнодорожному транспорту и касается конструкции надрессорной балки трехосной тележки для железнодорожной колеи, равной 1520 мм.
Из патента РФ № 208687 на полезную модель известна надрессорная балка трехосной тележки грузового железнодорожного вагона, представляющая собой отливку коробчатого сечения, имеющую на верхнем поясе опорные поверхности под установку шкворневой балки, на одной из вертикальных стенок направляющие выступы для челюстей шкворневой балки, а на противоположной вертикальной стенке - кронштейны с отверстиями для соединительных элементов, скрепляющих шкворневую и надрессорную балки, с расположенными на концевых частях челюстями и кронштейнами амортизатора с ребрами жесткости, отлитыми заодно с надрессорной балкой, имеющей опорные поверхности для установки пружин рессорного подвешивания с фиксаторами положения пружин, при этом на боковых вертикальных стенках в зоне между опорными поверхностями под установку шкворневой балки выполнены технологические отверстия, а верхний и нижний пояса соединены вертикальными ребрами жесткости, влитыми под зоной опорных поверхностей шкворневой балки в ребра жесткости, расположенные на верхнем и нижнем поясах вдоль надрессорной балки.
Из патента РФ № 2762590 на изобретение известна надрессорная балка трехосной тележки грузового железнодорожного вагона, представляющая собой отливку коробчатого сечения, которая по первому варианту содержит на одной из вертикальных стенок направляющие выступы для челюстей шкворневой балки, а на противоположной вертикальной стенке - кронштейны с отверстиями для соединительных болтов, скрепляющих шкворневую и надрессорную балку, на верхнем поясе опорные поверхности под установку шкворневой балки, в концевых частях надрессорной балки расположены опорные поверхности с фиксаторами для установки пружин рессорного подвешивания, челюсти, кронштейны амортизатора с ребрами жесткости, отлитые заодно с надрессорной балкой, верхний и нижний пояса надрессорной балки соединены вертикальными ребрами жесткости и имеют по два технологических окна с отбуртовками на внутренних поверхностях поясов, при этом технологические окна верхнего пояса расположены ближе к середине надрессорной балки, чем технологические окна нижнего пояса, а каждое вертикальное ребро жесткости влито в отбуртовки технологических окон верхнего и нижнего поясов.
По второму варианту изобретения по патенту № 2762590 надрессорная балка трехосной тележки грузового железнодорожного вагона, представляющая собой отливку коробчатого сечения, содержит на одной из вертикальных стенок направляющие выступы для челюстей шкворневой балки, а на противоположной вертикальной стенке - кронштейны с отверстиями для соединительных болтов, скрепляющих шкворневую и надрессорную балку, на верхнем поясе - опорные поверхности под установку шкворневой балки, в концевых частях надрессорной балки расположены опорные поверхности с фиксаторами для установки пружин рессорного подвешивания, челюсти, кронштейны амортизатора с ребрами жесткости, отлитые заодно с надрессорной балкой, верхний и нижний пояса надрессорной балки соединены вертикальными ребрами жесткости и имеют по два технологических окна с отбуртовками на внутренних поверхностях поясов, при этом технологические окна верхнего пояса расположены ближе к середине надрессорной балки, чем технологические окна нижнего пояса, а каждое вертикальное ребро жесткости под зоной опорных поверхностей шкворневой балки переходит в вертикальные ребра жесткости верхнего и нижнего пояса, влитые в отбуртовки технологических окон соответствующих поясов.
Изобретение по первому варианту патента № 2762590 выбрано в качестве наиболее близкого аналога.
Геометрические параметры надрессорной балки трехосной железнодорожной тележки грузового вагона определяются грузоподъемностью вагона, нагрузкой на ось. Поэтому при одинаковом типе вагона (вагон-самосвал, крытый вагон, вагон-цистерна и т.п.), одинаковой грузоподъемности и одинаковой нагрузке на ось надрессорные балки железнодорожных тележек таких вагонов будут иметь сопоставимые геометрические параметры и вес. При этом для обеспечения требуемой грузоподъемности все конструктивные элементы грузовых вагонов (в том числе железнодорожных тележек) должны иметь требуемую надежность при минимальной допустимом весе.
Недостатком известных надрессорных балок трехосных железнодорожных тележек является неоптимальное соотношение их веса и геометрических параметров (такие сведения отсутствуют), поскольку аналоги созданы без учета обеспечения надлежащей надежности надрессорных балок при минимально возможном допустимом весе надрессорной балки при всех иных сопоставимых параметрах (тип грузового вагона, его грузоподъемность и нагрузка на ось).
Техническая проблема, решаемая предлагаемой полезной моделью - разработка надрессорной балки трехосной железнодорожной тележки, обладающей надлежащей прочностью, надежностью при ее минимально допустимом и достаточном весе.
Технический результат, достигаемый полезной моделью - обеспечение надлежащей надежности надрессорной балки трехосной железнодорожной тележки грузового вагона при ее минимально необходимой и достаточной металлоемкости.
Технический результат достигается за счет того, что в надрессорной балке трехосной тележки грузового вагона, представляющей собой отливку коробчатого сечения, которая содержит центральный прямолинейный участок, концевые участки выполнены с опорными поверхностями с фиксаторами для установки пружин рессорного подвешивания, переходные участки, посредством которых сопряжены центральный и концевые участки, при этом каждый переходный участок выполнен в плане расширяющимся от центрального участка к концевым участкам, все участки надрессорной балки плавно сопряжены между собой радиусными переходами, на одной из боковых вертикальных стенок центрального участка выполнены направляющие выступы для челюстей шкворневой балки, а на противоположной вертикальной боковой стенке выполнены кронштейны с отверстиями для соединительных болтов, скрепляющих шкворневую и надрессорную балку, на верхнем поясе центрального участка перед переходными участками выполнены опорные поверхности под установку шкворневой балки, челюсти, кронштейны амортизатора, верхний и нижний пояса надрессорной балки, соединенные вертикальными боковыми стенками и вертикальными ребрами жесткости, имеют по два технологических окна с отбуртовками на внутренних поверхностях поясов, при этом технологические окна верхнего пояса расположены ближе к середине надрессорной балки, чем технологические окна нижнего пояса, согласно полезной модели толщина h1 вертикальных боковых стенок центрального участка между опорными поверхностями под установку шкворневой балки составляет 9-13% от ширины Н центрального участка, толщина h2 боковых стенок центрального участка напротив опорных площадок под установку шкворневой балки, а также толщина h3 боковых стенок переходных участков больше, чем h1 на 5-33%, боковые стенки концевых участков, сопряженные с боковыми стенками переходных участков, выполнены с плавно уменьшающейся к концам надрессорной балки толщиной h4 до значений не более 60% от h3.
Ширина центрального участка надрессорной балки составляет 215-225 мм.
Заявляемая полезная модель поясняется фигурами.
На фиг. 1 изображен общий вид заявляемой надрессорной балки.
На фиг. 2 изображен вид сверху заявляемой надрессорной балки.
На фиг. 3 изображено продольное горизонтальное сечение заявляемой надрессорной балки.
На фиг. 4 изображен вид снизу заявляемой надрессорной балки.
На фиг. 5 изображены эквивалентные напряжения в балке надрессорной по III режиму (Примечание: в соответствии с п. 2.1.3 Норм для расчета и проектирования вагонов железных дорог МПС колеи 1520 (несамоходных) «В условиях эксплуатации III режиму расчета соответствуют случаи движения вагона в составе поезда по прямым и кривым участкам пути и стрелочным переводам с допускаемой скоростью вплоть до конструкционной при периодических служебных регулировочных торможениях, периодических умеренных рывках и толчках, штатной работе механизмов и узлов вагона»).
Позиции на фигурах:
1 - центральный участок;
2 - концевые участки;
3 - опорные поверхности концевых участков;
4 - фиксаторы;
5 - переходные участки;
6 - боковые вертикальные стенки;
7 - направляющие выступы для челюстей шкворневой балки;
8 - кронштейны;
9 - верхний пояс;
10 - опорные поверхности под установку шкворневой балки;
11 - челюсти;
12 - кронштейны амортизатора;
13 - нижний пояс;
14 - вертикальные ребра жесткости;
15 - технологические окна.
Заявляемая надрессорная балка трехосной тележки грузового вагона, представляющая собой отливку коробчатого сечения, содержит центральный прямолинейный участок 1; концевые участки 2 выполнены с опорными поверхностями 3  с фиксаторами 4 для установки пружин рессорного подвешивания; переходные участки 5, посредством которых сопряжены центральный 1 и концевые участки 2, при этом каждый переходный участок 5 выполнен в плане расширяющимся от центрального участка 1 к концевым участкам 2; все участки 1,2,5 надрессорной балки плавно сопряжены между собой радиусными переходами; на одной из боковых вертикальных стенок 6 центрального участка 1 выполнены направляющие выступы 7 для челюстей шкворневой балки; а на противоположной вертикальной боковой стенке 6 выполнены кронштейны 8  с отверстиями для соединительных болтов, скрепляющих шкворневую и надрессорную балку; на верхнем поясе 9 центрального участка 1 перед переходными участками 5 выполнены опорные поверхности 10 под установку шкворневой балки; челюсти 11; кронштейны 12 амортизатора; верхний 9 и нижний 13 пояса надрессорной балки, соединенные вертикальными боковыми стенками 6 и вертикальными ребрами жесткости 14, имеют по два технологических окна 15 с отбуртовками на внутренних поверхностях поясов; при этом технологические окна 15 верхнего пояса расположены ближе к середине надрессорной балки, чем технологические окна нижнего пояса. Толщина h1 вертикальных боковых стенок 6 центрального участка между опорными поверхностями 10  под установку шкворневой балки составляет 9-13% от ширины Н центрального участка 1; толщина h2 боковых стенок 6 центрального участка напротив опорных площадок 10 под установку шкворневой балки, а также толщина h3 боковых стенок 6 переходных участков 5 больше, чем h1 на 5-33%,  боковые стенки 6 концевых участков 2, сопряженные с боковыми стенками 6 переходных участков 5, выполнены с плавно уменьшающейся к концам надрессорной балки толщиной h4 до значений не более 60% от h3.
Ширина центрального участка 1 надрессорной балки может составлять 215-225 мм.
Исследование прочности и надежности осуществляли на надрессорной балке с шириной H=220 мм; толщиной h1, равной 25 мм; толщиной h2 и h3, равной 30 мм; толщиной h4, равной 15 мм.
Участками боковых стенок 6, испытывающими максимальные нагрузки или участками с максимальной напряженностью, являются участки напротив поверхностей 10, а также переходные участки 5. Поэтому указанные участки выполняют с максимальной толщиной.
Возможность уменьшения толщины стенок 6 к концам надресссорной балки обусловлена тем, что наибольшую нагрузку на концевых участках балки несут кронштейны амортизатора и опорные поверхности 3 с фиксаторами 4 для установки пружин рессорного подвешивания. Поэтому уменьшение толщины боковых стенок на концевых участках в заявленных пределах является допустимым и безопасным.
Исследования (компьютерное моделирование) показало, что надрессорная балка, с заявленными в формуле параметрами, при прочих параметрах, равных наиболее близкому аналогу, обеспечивает параметры надежности, установленные требованиями ГОСТ 34717-2021 «Рама боковая и балка надрессорная литые трехосных тележек грузовых вагонов. Технические условия», а также «Норм для расчета и проектирования новых вагонов-самосвалов (думпкаров) колеи 1520 мм».
При этом вес проверяемой надрессорной балки был меньше на 4% по сравнению с весом надрессорной балки, у которой боковые стенки 6 на всех участках будут выполнены равными по толщине, значение которой составляет 30 мм. Снижение веса надрессорной балки обусловливает соответствующее снижение ее металлоемкости.
Таким образом, заявляемая полезная модель в полной мере обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в обеспечении надлежащей надежности надрессорной балки трехосной железнодорожной тележки грузового вагона при ее минимально необходимой и достаточной металлоемкости по сравнению с наиболее близким аналогом.