РАМА БОКОВАЯ ТЕЛЕЖКИ ГРУЗОВОГО ВАГОНА

Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта в части конструкции литых рам боковых тележек грузовых вагонов.
К оптимизации конструкции литых деталей тележек грузовых вагонов, например, боковых рам, относится повышение усталостной прочности за счет уменьшения значений механических напряжений в конструкции, что способствует увеличению долговечности детали и безопасности эксплуатации тележки грузового вагона в целом. Для оптимизации конструкции также выполняют стенки боковой рамы разной толщиной, в зависимости от воспринимаемой нагрузки.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является боковая рама грузового вагона, выполненная в виде стальной отливки и состоящая из верхнего и нижнего горизонтальных поясов, соединенных между собой вертикальными колонками, образующими совместно с горизонтальными поясами рессорный проем, в нижней части которого расположена опорная поверхность с бонками для установки и ограничителями от смещения пружин, наклонных поясов, сопряженных с нижним поясом и горизонтальными надбуксовыми участками, имеющими наружные и внутренние челюстные направляющие, образующие буксовый проем, см. № RU 102577 от 26.11.2010. В данной конструкции рамы боковой в боковых стенках каждой внутренней челюстной направляющей имеется отверстие круглой формы.
Недостатком данного технического решения является не в полной мере проведенная оптимизация прочности и жесткости конструкции внутренней челюстной направляющей рамы боковой, приводящая к повышенным напряжениям во внутренних углах буксовых проемов от действия на конструкцию вертикальных нагрузок при движении тележки.
Технический результат полезной модели заключается в повышении усталостной прочности рамы боковой тележки грузового вагона за счет снижения величины механических напряжений.
Заявленный технический результат полезной модели достигается применением рамы боковой тележки грузового вагона, выполненной в виде стальной литой отливки, состоящей из верхнего и нижнего горизонтальных поясов, соединенных между собой вертикальными колонками, образующими совместно с верхним и нижним горизонтальными поясами рессорный проем, наклонных поясов, сопряженных с верхним и нижним поясами, надбуксовых участков, буксовых проемов, образованных наружными и внутренними челюстными направляющими, при этом каждая внутренняя челюстная направляющая представляет собой коробчатую конструкцию, состоящую из боковых стенок с отверстиями, нижней стенки наклонного пояса и упорной стенки буксового проема, которая отличается от прототипа тем, что каждое отверстие в боковых стенках внутренних челюстных направляющих выполнено в форме многоугольника со скругленными углами и расположено на расстоянии b от 75 до 115 мм от надбуксового участка, на расстоянии c от 10 до 50 мм от нижней стенки наклонного пояса, на расстоянии d от 15 до 70 мм от внешней поверхности упорной стенки буксового проема и ограничено размером e от 115 до 200 мм от надбуксового участка с обеспечением минимального размера f 25 мм между отверстием и границей боковой стенки внутренней челюстной направляющей, при этом по периметру указанных отверстий выполнены утолщения боковых стенок. Значения толщины s боковой стенки находятся в диапазоне от 8 до 25 мм. Значения толщины h местного утолщения боковой стенки находятся в диапазоне от 3 до 15 мм. Значения ширины H местного утолщения боковой стенки находятся в диапазоне от 5 до 30 мм. Радиусы R1, R2 и R3 перехода местного утолщения боковой стенки лежат в диапазоне от 3 до 15 мм.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 представлен общий вид рамы боковой тележки грузового вагона;
на фиг. 2 представлен выносной элемент А на фиг. 1, на котором показан общий вид внутренней челюстной направляющей рамы боковой с отверстием в боковой стенке;
на фиг. 3 представлен разрез Б-Б на фиг. 2, на котором изображен поперечный разрез внутренней челюстной направляющей рамы боковой;
на фиг. 4 представлен выносной элемент В на фиг. 3, на котором показано утолщение боковой стенки внутренней челюстной направляющей рамы боковой;
на фиг. 5 представлена 3D-модель рамы боковой в части буксового проема;
на фиг. 6 изображены поля распределения напряжений по фон Мизесу на внутренней челюстной направляющей рамы боковой, выполненной без утолщения боковой стенки;
на фиг. 7 изображены поля распределения напряжений по фон Мизесу на внутренней челюстной направляющей рамы боковой, выполненной с утолщением боковой стенки по периметру отверстия.
Рама боковая тележки грузового вагона (фиг. 1) выполнена в виде стальной отливки, состоящей из верхнего 1 и нижнего 2 горизонтальных поясов, соединенных между собой вертикальными колонками 3, образующими совместно с верхним 1 и нижним 2 горизонтальными поясами рессорный проем 4, наклонных поясов 5, сопряженных с верхним 1 и нижним 2 поясами, горизонтальных надбуксовых участков 6, буксовых проемов 7, образованных наружными 8 и внутренними 9 челюстными направляющими. Каждая внутренняя челюстная направляющая 9 (фиг. 2) представляет собой коробчатую конструкцию, состоящую из двух боковых стенок 10 с отверстием 11, нижней стенки 12 наклонного пояса 5 и упорной стенки 13 буксового проема 7.
Отверстие 11 (фиг. 2) в боковой стенке 10 внутренней челюстной направляющей 9 выполнено в форме неправильного многоугольника 14 со скругленными углами и расположено на расстоянии b от горизонтального надбуксового участка 6, на расстоянии c от стенки наклонного пояса 5, на расстоянии d от внешней поверхности вертикальной упорной стенки 13 буксового проема 7 и ограничено размером e от горизонтального надбуксового участка 6 с обеспечением минимального вертикального размера f между отверстием 11 и границей вертикальной боковой стенки 15.
Геометрические параметры расположения отверстия 11 находятся в следующих диапазонах: b - от 75 до 115 мм, c - от 10 до 50 мм, d - от 15 до 70 мм, e - от 115 до 200 мм, при минимальном значении f - 25 мм. Диапазоны размеров b, c, d, e и f ограничены с целью снижения массы при обеспечении прочности рамы боковой.
Боковые стенки 10 (фиг. 3) внутренних челюстных направляющих 9 выполнены с местными утолщениями 16, расположенными по периметру отверстий 11.
Геометрия местного утолщения 16 боковой стенки 10 представлена на фиг. 4, где s - толщина боковой стенки 10; H - ширина местного утолщения 16 боковой стенки 10; h - толщина местного утолщения 16 боковой стенки 10; R1, R2 и R3 - радиусы перехода местного утолщения 16.
Значения размера s находятся в диапазоне от 8 до 25 мм. Значения размера h находятся в диапазоне от 3 до 15 мм. Значения размера H находятся в диапазоне от 5 до 30 мм. Результаты расчета на прочность рамы боковой показали, что при значениях размеров H, h и s меньше нижних значений указанных диапазонов происходит недостаточное снижение концентрации напряжений в зоне местного утолщения 16, выполненного по периметру отверстия 11 в боковой стенке 10. Превышение верхних значений указанных диапазонов размеров для H, h и s приводит к образованию избыточной прочности и нецелесообразному увеличению массы рамы боковой.
Радиусы R1, R2 и R3 перехода местного утолщения 14 боковой стенки 10 лежат в диапазоне от 3 до 15 мм. Минимальное значение радиусов R1, R2 и R3 установлено с целью снижения вероятности образования концентраторов напряжений. Значение радиусов R1, R2 и R3 больше 15 мм приведет к нерациональному увеличению массы рамы боковой.
На 3D-модели рамы боковой с видом на буксовый проем показано местное утолщение 16 по периметру отверстия 11 боковой стенки 10 внутренней челюстной направляющей 9 (фиг. 5).
На фиг. 6, 7 представлены сравнительные результаты расчета на прочность по I расчетному режиму в соответствии с ГОСТ 33211-2014 в виде полей распределения напряжений по фон Мизесу, которые являются одной из основных причин образования усталостных трещин. Результаты расчета свидетельствуют о том, что при реализации утолщения 16 по периметру отверстия 11 снижаются механические напряжения во внутренних углах буксовых проемов 7.
Предлагаемую полезную модель используют следующим образом.
Рама боковая тележки грузового вагона служит для передачи вертикальных нагрузок от кузова вагона на колесные пары. Уменьшение значений механических напряжений в предлагаемой конструкции рамы от действия вертикальных нагрузок при движении тележки обеспечивается за счет выполнения в боковых стенках внутренних челюстных направляющих отверстий в форме неправильного многоугольника со скругленными углами, геометрические параметры расположения которых обеспечивают снижение жесткости внутренних челюстных направляющих и уменьшение величины механических напряжений во внутренних углах буксовых проемов рамы боковой. Наличие утолщения, расположенного по периметру отверстия в боковых стенках, обеспечивает необходимую прочность конструкции внутренних челюстных направляющих.
Таким образом, предлагаемая конструкция рамы боковой тележки грузового вагона обеспечивает заявленный технический результат - повышение усталостной прочности рамы боковой.