РАМА ВАГОНА

Область техники, к которой относится полезная модель
[0001] Предложенная полезная модель относится к рамам железнодорожных транспортных средств.
Уровень техники
[0002] Из уровня техники известен вагон-платформа 13-971, принятый в качестве наиболее близкого аналога и содержащий поперечную балку, включающую в себя верхнюю полку, и боковую балку, включающую в себя верхнюю полку, при этом верхняя полка поперечной балки и верхняя полка боковой балки соединены посредством нахлёсточного сварного соединения.
[0003] Недостатком известного устройства является повышенное снижение предела выносливости материала боковой балки вследствие ориентации его нахлёсточного сварного соединения с верхним консольным листом, расположенным поперёк воспринимаемых продольных усилий, возникающих в эксплуатации. Данное обстоятельство способствует уменьшению сопротивляемости материала к периодически возникающим многоцикловым нагрузкам, что приводит к зарождению трещины и впоследствии к преждевременному выходу конструкции из нормируемого работоспособного состояния.
[0004] Техническая проблема заключается в создании технического решения, в котором устранены недостатки аналога.
Раскрытие сущности полезной модели
[0005] Технический результат заключается в повышении прочности рамы вагона.
[0006] Технический результат достигается за счёт того, что рама вагона содержит поперечную балку, включающую в себя верхнюю полку, и боковую балку, включающую в себя верхнюю полку, при этом рама вагона дополнительно включает в себя опорный элемент, соединённый с верхней полкой боковой балки и с верхней полкой поперечной балки, а верхняя полка поперечной балки и верхняя полка боковой балки соединены посредством нахлёсточного сварного соединения.
[0007] В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что опорный элемент соединён с верхней полкой боковой балки посредством стыкового сварного соединения.
[0008] В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что опорный элемент соединён с верхней полкой поперечной балки посредством нахлёсточного сварного соединения.
[0009] В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что сварной шов для соединения верхней полки поперечной балки с верхней полкой боковой балки и верхней полки поперечной балки с опорным элементом расположен под углом, составляющим не менее 15°к продольной оси рамы.
[0010] В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что сварной шов для соединения верхней полки поперечной балки с верхней полкой боковой балки и верхней полки поперечной балки с опорным элементом расположен под углом, составляющим не более 70°к продольной оси рамы.
о
[0011] В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что сварной шов для соединения верхней полки поперечной балки с верхней полкой боковой балки и верхней полки поперечной балки с опорным элементом расположен под углом 45 к продольной оси рамы.
[0012] В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что опорный элемент представляет собой лист, форма которого приближена к трапеции.
[0013] В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что верхняя полка поперечной балки имеет выступающий участок, окончание которого расположено на опорном элементе.
[0014] В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что для соединения верхней полки поперечной балки с верхней полкой боковой балки и верхней полки поперечной балки с опорным элементом использован один сварной шов.
Краткое описание чертежей
[0015] Вариант выполнения предложенного технического решения характеризуется чертежами, где на:
[0016] - фиг. 1 представлен общий вид рамы;
[0017] - фиг. 2 представлено сечение А-А в аксонометрии, отмеченное на фиг. 1;
[0018] - фиг. 3 представлено сечение А-А, отмеченное на фиг. 1;
[0019] - фиг. 4 представлен опорный элемент.
Осуществление полезной модели
[0020] На фиг. 1 представлен вариант выполнения рамы 1 вагона-платформы. Рама 1 содержит балочный каркас, включающий в себя продольные балки и поперечные балки, соединённые с продольными балками. Рама 1 содержит две концевые балки 2, которые являются поперечными балками, и две боковые балки 3, которые являются продольными балками.
[0021] На фиг. 2, 3 представлен участок рамы 1. Концевая балка 2 включает в себя верхнюю полку 4, а боковая балка 3 включает в себя верхнюю полку 5, соединённую с верхней полкой 4 концевой балки 2 посредством нахлёсточного сварного соединения. Рама 1 дополнительно включает в себя опорный элемент 6, соединённый с верхней полкой 5 боковой балки 3 посредством стыкового сварного соединения (сваркой встык) и соединённый с верхней полкой 4 концевой балки 2 посредством нахлёсточного сварного соединения, при этом для соединения верхней полки 4 концевой балки 2 с верхней полкой 5 боковой балки 3 и верхней полки 4 концевой балки 2 с опорным элементом 6 использован один (общий) сварной шов, расположенный под углом 45° к продольной оси 7 рамы 1.
[0022] На фиг. 4 представлен опорный элемент 6. Опорный элемент 6 представляет собой лист, форма которого приближена к трапеции, и одна сторона которого выполнена скошенной, а другая – выпуклой. Такая форма опорного элемента 6 обусловлена корректным соединением деталей данной зоны, исключает концентраторы напряжений, что обеспечивает повышение прочности соединения элементов рамы 1 и рамы 1 в целом, а также минимальными массовыми характеристиками.
[0023] Со ссылкой на фиг. 2 верхняя полка 4 концевой балки 2 вблизи каждой из боковых балок 3 имеет выступающий участок 8, ориентированный в направлении центральной части рамы 1 и по продольной оси 7 рамы 1, и окончание которого расположено на соответствующем опорном элементе 6.
[0024] Такое исполнение соединения верхней полки 4 концевой балки 2 с верхней полкой 5 боковой балки 3 уменьшило коэффициент снижения предела выносливости материала и повысило прочность рамы 1, что положительно сказалось на оценке сопротивления усталости материала, повысило технологичность обслуживания ввиду отсутствия незапланированных ремонтных операций, повысило тем самым эффективность использования и конкурентоспособность предложенного технического решения в целом. Применение опорного элемента 6 позволило расположить упомянутый сварной шов под углом 45° к продольной оси 7 рамы 1, а также вынести его окончание вне зоны верхней полки 5 боковой балки 3, что повысило механические свойства материала, позволило равномерно распределить возникающие в эксплуатации напряжения, исключив зону их концентрации, и снизило риски преждевременного излома рамы 1, а значит повысило прочность рамы 1. Также такое исполнение соединения верхней полки 4 концевой балки 2 с верхней полкой 5 боковой балки 3 позволило сохранить прочность боковых балок 3 рамы 1, что обеспечило необходимую работу конструкции с отсутствием преждевременных повреждений. А наличие выступающего участка 8, окончание которого расположено на соответствующем опорном элементе 6, позволило равномерно распределить возникающие в эксплуатации напряжения, исключить возникновение концентратора напряжений в нагруженной зоне, что позволяет повысить прочность рамы 1. Например, для узла соединения верхней полки концевой балки с верхней полкой боковой балки аналога в текущем исполнении коэффициент концентрации снижения предела выносливости будет равен 3,2, а для предложенного технического решения – 2,5. Следовательно, сопротивление усталости будет увеличено в 1,28 раза, что эквивалентно 8 годам эксплуатации.
[0025] Решение технической проблемы и достижение технического результата продемонстрированы на описанном выше варианте выполнения со ссылками на чертежи. Специалисту в данной области техники очевидно, что различные признаки предложенного технического решения могут быть реализованы посредством иных материально-технических средств.
[0026] В других вариантах выполнения предложенного технического решения в качестве поперечной балки может быть выбрана концевая балка, шкворневая балка или промежуточная поперечная балка, расположенная между шкворневыми балками, при этом поперечная балка включает в себя верхнюю полку. По меньшей мере одна полка по меньшей мере одной балки балочного каркаса может представлять собой деталь, например лист или фланец (например, тавра или двутавра), сборочную единицу, например по меньшей мере два листа или фланца (например, тавра или двутавра), соединённых посредством по меньшей мере одной известной из уровня техники сборочной операции, например сваркой, или по меньшей мере два расположенных на заданном расстоянии друг от друга элемента, например фланца (например, тавра, двутавра или зетового профиля).
[0027] В других вариантах выполнения предложенного технического решения угол, под которым расположен упомянутый сварной шов, может составлять не менее 15°к продольной оси предложенного технического решения, что обусловлено прочностными характеристиками. При расположении упомянутого сварного шва под углом к продольной оси предложенного технического решения менее 15° не будет достигнуто полное исключение концентрации напряжений в данной зоне, что не позволит обеспечить повышение прочности предложенного технического решения.Также угол, под которым расположен упомянутый сварной шов, может составлять не более 70°к продольной оси предложенного технического решения для обеспечения корректности соединения элементов. Упомянутый диапазон от 15 до 70° для угла, под которым расположен упомянутый сварной шов к продольной оси предложенного технического решения, является предпочтительным, поскольку в нём обеспечивается заданная прочность соединения элементов. Выход же из указанного диапазона может привести к разрушению соединения, например под нагрузками, что приведёт к разрушению предложенного технического решения. Угол в 45° является при этом наиболее предпочтительным, поскольку обеспечивается заданная прочность узла соединяемых элементов, возможность их конструктивного расположения в пространстве с последующим наложением сварного соединения, отсутствие технологических сложностей при раскрое элементов и дальнейших операциях по их сборке, что включает ряд тонкостей технического процесса, напрямую влияющих на один из основных показателей продуктивности – время сборки, а следовательно – стоимость.
[0028] В других вариантах выполнения предложенного технического решения для соединения верхней полки поперечной балки с верхней полкой боковой балки и/или соединения верхней полки поперечной балки с опорным элементом могут быть использованы по меньшей мере два сварных шва, по меньшей мере один или предпочтительно каждый из которых расположен под углом 45° к продольной оси предложенного технического решения.
[0029] В других вариантах выполнения предложенного технического решения форма опорного элемента 6 может быть иной, например параллелограмм, прямоугольник, квадрат, треугольник, трапеция и т.п.
[0030] В других вариантах выполнения предложенного технического решения верхняя полка по меньшей мере одной поперечной балки содержит по меньшей мере один выступающий участок, окончание которого расположено на соответствующем опорном элементе. Верхняя полка по меньшей мере одной поперечной балки может содержать два выступающих участка, окончание каждого из которых расположено на соответствующем опорном элементе. Очевидно, что форма по меньшей мере одного или каждого участка верхней полки по меньшей мере одной или каждой верхней поперечной балки может отличаться от представленных на чертеже. Предпочтительно, чтобы переход между по меньшей мере одной стенкой по меньшей мере одного или предпочтительно каждого выступающего участка верхней полки по меньшей мере одной или каждой поперечной балки и её основной части был выполнен плавным, чтобы не создавать зоны концентрации напряжений, которые могут снизить прочность и надёжность верхней полки, а значит и предложенного технического решения.
[0031] Использование раскрытых в описанном варианте выполнения предложенного технического решения сварных соединений предпочтительно, поскольку обеспечивается заданная прочность соединения элементов предложенного технического решения и его самого в целом. Очевидно, что при необходимости для соединения по меньшей мере двух элементов предложенного технического решения может быть использовано по меньшей мере одно известное из уровня техники сварное соединение, например, раскрытое ранее.
[0032] Предложенное техническое решение может быть использовано для известных из уровня техники вагонов.
[0033] Позиции на чертежах:
1 – рама;
2 – концевая балка;
3 – боковая балка;
4 – верхняя полка концевой балки 2;
5 – верхняя полка боковой балки 2;
6 – опорный элемент;
7 – продольная ось рамы 1;
8 – выступающий участок верхней полки 4.