БАЛКА НАДРЕССОРНАЯ ТЕЛЕЖКИ ГРУЗОВОГО ВАГОНА

Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта в части конструкции балок надрессорных тележек грузовых вагонов.
Известна балка надрессорная грузового вагона, содержащая верхний пояс с подпятником, опорными площадками под скользуны, нижний пояс с наклонными участками, с нижней несущей стенкой и опорными поверхностями для размещения пружин рессорного комплекта, несущие боковые стенки, соединяющие верхний и нижний пояса, центральные концевые стенки под опорными площадками под скользуны, соединяющие верхний и нижний пояса, и две расходящихся внутренних стенки (см. RU 157798 U1, дата публикации 10.12.2015).
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является надрессорная балка тележки грузового вагона, содержащая верхний пояс с кольцевой плитой подпятника, нижний пояс с центральным горизонтальным участком, с наклонными участками и опорными площадками рессорного комплекта, наружные стенки, соединяющие верхний и нижний пояс, расположенную вдоль продольной оси балки надрессорной внутреннюю стенку, соединяющую верхний и нижний пояс в районе опорной площадки рессорного комплекта и плавно переходящую в две внутренние стенки, проходящие по всей длине балки до ее центра (см. RU 104523 U1, дата публикации 20.05.2011).
Недостатком данных конструкций является то, что в месте перехода внутренней стенки, соединяющей верхний и нижний пояс в районе опорной площадки рессорного комплекта, в ребро, идущее по верхнему поясу, образуется концентратор механических напряжений вследствие резкого изменения жесткости.
Технический результат полезной модели заключается в повышении усталостной прочности балки надрессорной.
Заявленный технический результат полезной модели достигается за счет усовершенствованной конструкции внутренней стенки, расположенной вдоль продольной оси балки надрессорной, соединяющей верхний и нижний пояс в районе опорной площадки рессорного комплекта и разделяющейся на две внутренние стенки в зоне перехода опорной площадки рессорного комплекта в наклонный участок нижнего пояса, при этом две разделенные внутренние стенки в верхней части переходят в два ребра, идущих по всей длине верхнего пояса симметрично относительно продольной оси балки надрессорной до центра плиты подпятника, а в нижней части разделенные две внутренние стенки заканчиваются плавным переходом в наклонный участок нижнего пояса.
Заявляемая полезная модель отличается от прототипа тем, что две разделенные внутренние стенки в верхней части переходят в два ребра, идущие по всей длине верхнего пояса симметрично относительно продольной оси балки надрессорной до центра плиты подпятника, а в нижней части заканчиваются плавным переходом в наклонный участок нижнего пояса, две внутренние стенки и два ребра, выходящие из этих стенок, имеют толщину «S1» в диапазоне от 12 до 35 мм, радиус «R1» перехода в верхней части двух внутренних стенок в два ребра лежит в диапазоне от 20 до 80 мм, два ребра имеют утолщения стенок «S2» на длине «L1» в зоне перехода радиусом «R1», при этом утолщение «S2» лежит в диапазоне от 15 до 40 мм, длина «L1» в диапазоне от 25 до 80 мм, два ребра отстоят от внутренней поверхности верхнего пояса на величину «h» в диапазоне от 20 до 100 мм, плавный переход двух внутренних стенок в наклонный участок нижнего пояса образован радиусом «R2», соединенным последовательно с радиусом «R3» сверху вниз, при этом радиус «R2» лежит в диапазоне от 20 до 80 мм, радиус «R3» в диапазоне от 80 до 150 мм, расстояние «b» между двумя ребрами, идущими по всей длине верхнего пояса, лежит в диапазоне от 40 до 110 мм, радиус сопряжения «R4» двух разделенных между собой внутренних стенок лежит в диапазоне от 20 до 55 мм.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:
- на фиг. 1 представлен общий вид балки надрессорной;
- на фиг. 2 представлен вид спереди балки надрессорной;
- на фиг. 3 представлен разрез А–А балки надрессорной на фиг. 2 с видом на верхний пояс с ребрами;
- на фиг. 4 представлен разрез Б–Б балки надрессорной на фиг. 3 с видом изнутри на внутреннюю стенку и ребра верхнего пояса балки надрессорной;
- на фиг. 5 представлен выносной элемент В балки надрессорной на фиг. 3, показывающий утолщение стенок верхнего пояса;
- на фиг. 6 представлен трехмерный вид с внутренней стороны балки надрессорной на внутреннюю стенку с ребрами верхнего пояса;
- на фиг. 7 представлены результаты расчета, дополнительный расчетный режим (предварительная оценка усталости) для конструкции с одним ребром с видом на наружные стенки;
- на фиг. 8 представлены результаты расчета, дополнительный расчетный режим (предварительная оценка усталости) для конструкции с двумя ребрами с видом на наружные стенки;
- на фиг. 9 представлены результаты расчета, дополнительный расчетный режим (предварительная оценка усталости) для конструкции с одним ребром с видом на верхний пояс;
- на фиг. 10 представлены результаты расчета, дополнительный расчетный режим (предварительная оценка усталости) для конструкции с двумя ребрами с видом на верхний пояс.
Балка надрессорная тележки грузового вагона (фиг. 1) выполнена в виде стальной отливки и состоит из верхнего пояса 1, включающего в себя кольцевую плиту подпятника 2, нижнего пояса 3 с центральным участком 4 (фиг. 2), наклонными участками 5 и опорными площадками 6 рессорного комплекта, наружных стенок 7, соединяющих верхний 1 и нижний 3 пояса, внутренней стенки 8 (фиг. 4), расположенной вдоль продольной оси 9 балки надрессорной (фиг. 3), соединяющей верхний 1 и нижний 3 пояс в районе каждой опорной площадки 6 рессорного комплекта.
Внутренняя стенка 8 (фиг. 4) разделяется на две внутренние стенки 10 (фиг. 5) в зоне перехода 11 опорной площадки 6 рессорного комплекта в наклонный участок 5 нижнего пояса 2 (фиг. 4), при этом две внутренние стенки 10 в верхней части переходят в два ребра 12, идущих по всей длине верхнего пояса 1 симметрично относительно продольной оси 9 балки надрессорной до центра плиты подпятника 2, а в нижней части заканчиваются плавным переходом 13 в наклонный участок 5 нижнего пояса 3 (фиг. 4).
Ребра 12 (фиг. 3) и внутренние стенки 10 имеют толщину «S1» в диапазоне от 12 до 35 мм. Радиус «R1» (фиг. 4) перехода в верхней части двух внутренних стенок 10 в два ребра 12 лежит в диапазоне от 20 до 80 мм. Ребра 12 (фиг. 5) имеют утолщения 14 стенок до величины «S2» на длине «L1» в зоне радиусного перехода «R1» (фиг. 4) двух внутренних стенок 10 в ребра 12, при этом утолщение «S2» лежит в диапазоне от 15 до 40 мм, длина «L1» – от 25 до 80 мм. Нижние торцы ребер 12 (фиг. 4) отстоят от внутренней поверхности верхнего пояса 1 на величину «h» в диапазоне от 20 до 100 мм. Плавный переход 13 внутренних стенок 10 в наклонный участок 5 нижнего пояса 3 образован радиусом «R2», соединенным последовательно с радиусом «R3» сверху вниз, при этом значения радиусов лежат в диапазонах: «R2» – от 20 до 80 мм, «R3» – от 80 до 150 мм. Расстояние «b» между двумя ребрами 12 (фиг. 5, 6) лежит в диапазоне от 40 до 110 мм. Радиус сопряжения «R4» (фиг. 5) внутренних стенок 10 в зоне перехода в ребра 12 лежит в диапазоне от 20 до 55 мм.
Величина размеров «h», «L», «R1», «R2», «R3», «S1», «S2» менее указанных диапазонов не приводит к значительному увеличению прочности верхнего пояса 1 балки надрессорной, а также не приводит к существенному снижению концентрации напряжений в зоне перехода радиусом «R1» внутренних стенок 10 в ребра 12. Превышение указанных диапазонов размеров «h», «L», «R1», «R2», «R3», «S1», «S2» приводит к избыточной прочности и жесткости балки надрессорной.
Указанные диапазоны размеров «b» и «R4» обусловлены выбором равномерного шага расстановки ребер 12 на верхнем поясе 1, обеспечивающего прочность верхнего пояса 1.
Результаты расчета прочности балки надрессорной по ГОСТ 33211 «Вагоны грузовые. Требования к прочности и динамическим качествам», согласно которому рассмотрен дополнительный расчетный режим (предварительная оценка усталости), приведены на фиг. 7 – 10.
Применение предлагаемой полезной модели позволяет изготовить рациональную конструкцию балки надрессорной с повышенной усталостной прочностью за счет снижения концентрации механических напряжений в зонах перехода внутренних стенок в ребра верхнего пояса, а также на верхнем поясе балки надрессорной.
Предлагаемую полезную модель используют следующим образом.
Нагрузка от кузова вагона через пятник передается на подпятник балки надрессорной тележки и далее через пружинный комплект на опорные площадки пружинных комплектов рам боковых. Предлагаемая конструкция внутренней стенки балки надрессорной, расположенной вдоль продольной оси балки надрессорной и соединяющей верхний и нижний пояс в районе опорной площадки рессорного комплекта, способствует снижению величины механических напряжений в зоне перехода внутренней стенки в ребра верхнего пояса, а также на верхнем поясе балки надрессорной.