ШКВОРНЕВОЙ УЗЕЛ РАМЫ ГРУЗОВОГО ВАГОНА

Предложенная полезная модель относится к области железнодорожного транспорта и может быть использована в конструкции рам грузовых вагонов, в частности в вагонах-платформах.
Из уровня техники известен шкворневой узел рамы грузового вагона (Патент России на изобретение №2739404, опубликован 23.12.2020), содержащий хребтовую балку с нижними полками и надпятниковым усилением, шкворневую балку с изогнутым нижним листом, пятником и скользунами, при этом на полках хребтовой балки жестко закреплены усиливающие элементы, ориентированные параллельно оси хребтовой балки, причем каждый из усиливающих элементов жестко соединен встык с нижним листом шкворневой балки, причем с каждой стороны хребтовой балки относительно продольной оси, с наложением на боковую кромку нижнего листа шкворневой балки, между скользуном и пятником жестко закреплена, по меньшей мере, одна изогнутая накладка, которая одной поверхностью установлена на поверхность нижнего листа шкворневой балки с установленным пятником и на поверхность усиливающего элемента хребтовой балки, а другой поверхностью установлена на сопредельную поверхность нижнего листа шкворневой балки, вместе с этим одна торцевая поверхность изогнутой накладки жестко соединена со скользуном, а другая торцевая поверхность расположена на расстоянии от пятника не менее чем на величину катета сварного шва, которым изогнутая накладка приварена к нижнему листу шкворневой балки и к усиливающему элементу хребтовой балки.
Известен шкворневой узел рамы грузового вагона (Патент России на полезную модель №201678, опубликован 28.12.2020), содержащий хребтовую балку с нижними полками и надпятниковым усилением, шкворневую балку с изогнутым нижним листом, имеющим уширение от скользуна к пятнику, при этом на полках хребтовой балки жестко закреплены усиливающие элементы, выполненные в виде пластин, ориентированных параллельно оси хребтовой балки, и каждый из которых жестко соединен встык с нижним листом шкворневой балки, причем усиливающие элементы с одной стороны нижнего листа шкворневой балки имеют большую длину, а с другой стороны имеют меньшую длину, вместе с этим, с каждой стороны хребтовой балки относительно продольной оси, с отступом от боковой грани нижнего листа шкворневой балки, между скользуном и пятником жестко закреплена одна изогнутая накладка, которая одной поверхностью установлена на поверхность нижнего листа шкворневой балки с установленным пятником, а другой поверхностью установлена на сопредельную поверхность нижнего листа шкворневой балки, при этом внешняя боковая грань изогнутой накладки, направленная в сторону боковой грани нижнего листа шкворневой балки, выполнена повторяющей контур боковой грани, а торцевая грань, направленная к скользуну, расположена на расстоянии от скользуна.
Известен шкворневой узел рамы грузового вагона (Патент России на изобретение №2741853, опубликован 29.01.2021), содержащий хребтовую балку с нижними полками и надпятниковым усилением, шкворневую балку с изогнутым нижним листом, скользунами и пятником, причем с каждой стороны хребтовой балки относительно продольной оси, с отступом от боковой грани нижнего листа шкворневой балки, между скользуном и пятником жестко закреплена по меньшей мере одна изогнутая накладка, которая одной поверхностью установлена на поверхность нижнего листа шкворневой балки с установленным пятником, а другой поверхностью установлена на сопредельную поверхность нижнего листа шкворневой балки, вместе с этим одна торцевая поверхность изогнутой накладки жестко соединена со скользуном, а другая торцевая поверхность расположена на расстоянии от пятника не менее чем на величину катета сварного шва, которым изогнутая накладка приварена к нижнему листу шкворневой балки.
Известен шкворневой узел рамы грузового вагона (Патент России на полезную модель № 181479, опубликован 16.07.2018), принятый за прототип, содержащий хребтовую балку, включающую верхнюю полку и нижнюю полку, шкворневую балку, включающую вертикальные стенки, нижний лист и верхний лист, причём нижний лист шкворневой балки перекрывает вертикальные листы шкворневой балки и хребтовую балку.
Недостатком известных технических решений, в том числе прототипа, является низкая прочность и надежность (при интенсивной эксплуатации) шкворневого узла из-за повышенного уровня напряжений в местах соединения шкворневой балки и хребтовой балки.
Предлагаемой полезной моделью решается техническая проблема низкой прочности и надежности шкворневого узла грузового вагона из-за повышенного уровня напряжений в местах соединения шкворневой балки и хребтовой балки.
Технический результат заключается в повышении прочности и надежности шкворневого узла грузового вагона при снижении его металлоемкости.
Технический результат достигается тем, что шкворневой узел рамы грузового вагона содержит хребтовую балку, включающую верхнюю полку и нижнюю полку, шкворневую балку, включающую вертикальные стенки, нижний лист и верхний лист, причем нижний лист шкворневой балки выполнен с плавными сопряжениями с выступающими частями указанного листа, проходящими продольно по отношению к хребтовой балке, при этом в местах плавных сопряжений нижнего листа шкворневой балки закреплены усиливающие накладки, повторяющие форму сопряжения частей нижнего листа шкворневой балки, при этом усиливающие накладки выполнены со скруглениями.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что толщина усиливающей накладки задана из диапазона от 6 мм до 14 мм.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что длина усиливающей накладки задана из диапазона от 200 мм до 500 мм.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что ширина усиливающей накладки задана из диапазона от 50 мм до 150 мм.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется фигурами, на которых показано
Фиг.1 – общий вид шкворневого узла рамы грузового вагона, где 1 – хребтовая балка, 2 – нижняя полка хребтовой балки, 3 – шкворневая балка, 4 – вертикальные стенки шкворневой балки, 5 – нижний лист шкворневой балки, 6 – верхний лист шкворневой балки, 7 – усиливающие накладки.
Фиг. 2 – общий вид усиливающей накладки, где L – длина, B – ширина.
Фиг. 3 – график зависимости напряжений (МПа) в месте соединения шкворневой балки и хребтовой балки (радиусная часть нижнего листа шкворневой балки) от толщины усиливающей накладки (мм).
Фиг. 4 – график зависимости напряжений (МПа) в месте соединения шкворневой балки и хребтовой балки (радиусная часть нижнего листа шкворневой балки) от длины усиливающей накладки (мм).
Фиг. 5 – график зависимости напряжений (МПа) в месте соединения шкворневой балки и хребтовой балки (радиусная часть нижнего листа шкворневой балки) от ширины усиливающей накладки (мм).
Шкворневой узел рамы грузового вагона (Фиг.1) содержит хребтовую балку 1, включающую верхнюю полку (на фигуре не отмечена) и нижнюю полку 2, шкворневую балку 3, включающую вертикальные стенки 4, нижний лист 5 и верхний лист 6. Нижний лист 5 шкворневой балки 3 перекрывает вертикальные листы 4 шкворневой балки 3 и хребтовую балку 1, причем нижний лист 5 шкворневой балки 3 выполнен с плавными сопряжениями с выступающими частями указанного листа 5, проходящими продольно по отношению к хребтовой балке 1. В местах плавных сопряжений нижнего листа 5 шкворневой балки 3 закреплены усиливающие накладки 7, повторяющие форму сопряжения частей нижнего листа 5 шкворневой балки 3, при этом усиливающие накладки 7 выполнены со скруглениями. Толщина каждой усиливающей накладки 7 задана из диапазона от 6 мм до 14 мм, длина (L) задана из диапазона от 200 мм до 500 мм и ширина (B) задана из диапазона от 50 мм до 150 мм.
Плавные сопряжения, выполненные в нижнем листе 5 шкворневой балки 3 с выступающими частями указанного листа, проходящими продольно по отношению к хребтовой балке 1, например в месте соединения хребтовой балки 1 и шкворневой балки 3, обеспечивают снижение уровня напряжений в указанном месте, в результате чего повышается прочность и надежность шкворневого узла грузового вагона. За счет наличия усиливающих накладок 7 в местах плавных сопряжений нижнего листа 5 шкворневой балки 3 в месте соединения шкворневой балки 3 и хребтовой балки 1, повторяющие форму сопряжения частей нижнего листа 3 шкворневой балки 5 и выполненные со скруглениями, также обеспечивается снижение уровня напряжений в указанном месте, в результате чего повышается прочность и надежность шкворневого узла грузового вагона.
За счет установленных усиливающих накладок 7 толщиной, заданной из диапазона от 6 мм до 14 мм, длиной (L), заданной из диапазона от 200 мм до 500 мм, и шириной (B), заданной из диапазона от 50 мм до 150 мм, также обеспечивается снижение уровня напряжений в указанном месте, в результате чего повышается прочность и надежность шкворневого узла грузового вагона.
На основании проведенных расчетов и полученных зависимостей (Фиг.3, Фиг.4, Фиг.5) установлено, что при закреплении усиливающей накладки 7 толщиной менее 6 мм, длиной (L) менее 200 мм и шириной (B) менее 50 мм напряжения в местах плавных сопряжений нижнего листа 5 шкворневой балки 3 в месте соединения шкворневой балки 3 и хребтовой балки 1 превышают допустимые (345 МПа). При закреплении усиливающей накладки 7 толщиной более 14 мм, длиной (L) более 500 мм и шириной (B) более 150 мм напряжения в местах плавных сопряжений нижнего листа 5 шкворневой балки 3 в месте соединения шкворневой балки 3 и хребтовой балки 1 минимальны, но прочность шкворневого узла характеризуется как избыточная, при этом значительно повышается металлоемкость шкворневого узла. В предпочтительном варианте выполнения полезной модели толщина усиливающей накладки 7 равна 8 мм, длина (L) равна 330 мм, и ширина (B) равна 85 мм.
В конкретном примере реализации шкворневой узел рамы грузового вагона содержит хребтовую балку 1, включающую верхнюю полку и нижнюю полку 2, шкворневую балку 3, включающую вертикальные стенки 4, нижний лист 5 и верхний лист 6. Нижний лист 5 шкворневой балки 3 перекрывает вертикальные листы 4 шкворневой балки 3 и хребтовую балку 1, причем нижний лист 5 шкворневой балки 3 выполнен с плавными сопряжениями с выступающими частями указанного листа 5, проходящими продольно по отношению к хребтовой балке 1. В местах плавных сопряжений нижнего листа шкворневой балки закреплены усиливающие накладки 7, повторяющие форму сопряжения частей нижнего листа 5 шкворневой балки 3, толщиной, равной 8 мм, длиной (L), равной 330 мм, шириной (B), равной 85 мм, причем усиливающие накладки 7 выполнены со скруглениями.
Таким образом, как показано в вышеприведенном описании полезной модели, достигается технический результат, заключающийся в повышении прочности и надежности шкворневого узла грузового вагона, при снижении его металлоемкости.
Предложенное техническое решение может быть использовано в известных из уровня техники грузовых вагонах, в частности в вагонах-платформах.