КОНЦЕВАЯ БАЛКА РАМЫ ГРУЗОВОГО ВАГОНА

Предложенная полезная модель относится к области железнодорожного транспорта, а именно к конструкциям рам грузового вагона, и может быть использована в грузовых вагонах.
Из уровня техники известна концевая балка рамы грузового вагона (Патент России на полезную модель №170101, опубликован 13.04.2017), содержащая верхнюю полку, наружную боковую стенку, две внутренние боковые стенки, расположенные с образованием между ними проёма под хребтовую балку, и две нижние полки, замыкающие концевую балку в коробчатое сечение, причем внутри концевой балки симметрично относительно её плоскости симметрии установлены поперечные рёбра, соединяющие верхнюю полку и наружную боковую стенку с соответствующими внутренними боковыми стенками и нижними полками.
Недостатком известного технического решения является низкая прочность концевой балки рамы грузового вагона.
Известна концевая балка рамы грузового вагона (Пастухов И.Ф., Лукин В.В., Жуков Н.И. Вагоны. // Под ред. В.В. Лукина. М.: «Транспорт», 1988. С. 148-149), принятая за прототип, содержащая верхнюю стенку, нижнюю стенку и лобовую стенку, имеющую центральный участок, два боковых участка, выступающих относительно центрального участка, и два участка, сопрягающих боковые участки с центральным участком лобовой стенки.
Недостатком известного технического решения является низкая прочность концевой балки из-за концентрации напряжений от эксплуатационных нагрузок в зонах перехода боковых участков, выступающих относительно центрального участка, к центральному участку лобовой стенки.
Предлагаемой полезной моделью решается техническая проблема низкой прочности концевой балки рамы грузового вагона.
Технический результат заключается в повышении прочности концевой балки рамы грузового вагона.
Технический результат достигается тем, что концевая балка рамы грузового вагона содержит верхнюю стенку, нижнюю стенку и лобовую стенку, имеющую центральный участок, два боковых участка, выступающих относительно центрального участка, и два участка, сопрягающих боковые участки с центральным участком, причем на нижней стенке в зоне сопряжения боковых участков с центральным участком лобовой стенки установлены усиливающие накладки, каждая из которых прикреплена к нижней стенке и лобовой стенке.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что усиливающие накладки прикреплены посредством сварки.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что каждая усиливающая накладка повторяет форму сопряжения боковых участков с центральным участком лобовой стенки.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что ширина усиливающей накладки задана из диапазона от 25 до 100 мм.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что отношение ширины усиливающей накладки к ее толщине не более 1,8.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что каждая усиливающая накладка имеет постоянную ширину.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется фигурами, на которых показано:
Фиг.1 - концевая балка рамы грузового вагона (вид сверху), где 1 - верхняя стенка, 3 - лобовая стенка, 3.1 - центральный участок лобовой стенки, 3.2 - боковые участки лобовой стенки, 3.3 - участки лобовой стенки, О - поперечная ось.
Фиг.2 - поперечный разрез А-А с фиг. 1 концевой балки рамы грузового вагона, где 1 - верхняя стенка, 2 - нижняя стенка, 3 - лобовая стенка, 3.1 - центральный участок лобовой стенки, 3.2 - боковой участок лобовой стенки, 3.3 - участок лобовой стенки, 4 - усиливающая накладка.
Фиг.3 - разрез Б-Б с фиг. 2 концевой балки рамы грузового вагона, где 2 - нижняя стенка, 3 - лобовая стенка, 3.1 - центральный участок лобовой стенки, 3.2 - боковой участок лобовой стенки, 3.3 - участок лобовой стенки, 4 - усиливающая накладка, О - поперечная ось, В - ширина усиливающей накладки 4.
Фиг. 4 - график зависимости напряжений σ (МПа) в балке от отношения ширины B к толщине t усиливающей накладки.
Концевая балка (фиг.1, фиг.2, фиг.3) рамы грузового вагона содержит верхнюю стенку 1, нижнюю стенку 2 и лобовую стенку 3, имеющую центральный участок 3.1, который является углубленным, два боковых участка 3.2, выступающих относительно центрального участка 3.1, равноудаленных от поперечной оси О концевой балки в боковом направлении, и два участка 3.3, сопрягающих боковые участки 3.2 с центральным участком 3.1. Участки 3.3 могут быть выполнены изогнутыми, либо прямолинейными, что определяет форму сопряжения боковых участков 3.2 с центральным участком 3.1 лобовой стенки 3. На нижней стенке 2 в зоне сопряжения боковых участков 3.2 с центральным участком 3.1 лобовой стенки 3 установлены усиливающие накладки 4, каждая из которых прикреплена к нижней стенке 2 и лобовой стенке 3.
В предпочтительном варианте выполнения полезной модели усиливающие накладки 4 прикреплены посредством сварки, при этом каждая усиливающая накладка 4 повторяет форму сопряжения боковых участков 3.2 с центральным участком 3.1 лобовой стенки 3. В предпочтительном варианте выполнения полезной модели усиливающие накладки 4 имеет постоянную ширину (В), причем ширина (В) усиливающей накладки 4 задана из диапазона от 25 до 100 мм. В предпочтительном варианте выполнения полезной модели отношение ширины (В) усиливающей накладки 4 к ее толщине (t) не более 1,8. В предпочтительном варианте выполнения полезной модели каждый из участков 3.1, 3.2, 3.3 лобовой балки выполнен из единого листа. В другом предпочтительном варианте выполнения полезной модели каждый из участков 3.1, 3.2, выполнен составным из двух и более листов, например, из двух листов, расположенных с образованием между ними проема для размещения хребтовой балки рамы грузового вагона. В другом предпочтительном варианте выполнения полезной модели лобовой участок 3.3 выполнен составным из двух и более листов, например, из двух листов, соединенных между собой сваркой и расположенных с образованием проема для размещения сцепного устройства грузового вагона.
Из проведенных расчетов выявлена зависимость (фиг.4) и установлено, что за счет наличия усиливающих накладок 4, установленных на нижней стенке 2 в зоне сопряжения боковых участков 3.2 с центральным участком 3.1 лобовой стенки 3, снижаются напряжения от эксплуатационных нагрузок в этой зоне, тем самым достигается технический результат, заключающийся в повышении прочности концевой балки рамы грузового вагона.
Из графика видно, что наибольший наклон наблюдается в диапазоне значений B/t от 1 до 1,8, что соответствует снижению напряжений в зоне сопряжения боковых участков 3.2 с центральным участком 3.1 лобовой стенки 3. Дальнейшее увеличение значения B/t не приводит к существенному снижению напряжений в указанных местах, однако увеличивает металлоемкость усиливающей накладки 4. Следует отметить, что при ширине (В) усиливающей накладки 4 менее 25 мм не достигается требуемое снижение концентраций напряжений от эксплуатационных нагрузок в зоне сопряжения боковых участков 3.2 с центральным участком 3.1 лобовой стенки 3. Увеличение ширины (В) усиливающей накладки 4 более 100 мм ведет к излишнему увеличению прочности концевой балки и увеличению металлоемкости конструкции.
Таким образом, как показано в вышеприведённом описании полезной модели, достигается технический результат, заключающийся в повышении прочности концевой балки рамы грузового вагона.
Предложенное техническое решение может быть использовано в известных из уровня техники грузовых вагонах.