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 трехэлементных тележек, например, боковых рам, относится снижение их массы за счет более рационального исполнения толщин стенок и применения отверстий при обеспечении заданной прочности, что способствует уменьшению динамического воздействия вагона на путь.
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 опорными участками челюстных проемов, имеющих наружные и внутренние опорные упоры, см. № RU 102577 от 26.11.2010. В данной конструкции рамы боковой, в верхней наклонной стенке верхнего пояса имеется два дренажных отверстия одинаковой формы и величины.
Недостатком данного технического решения является недостаточная оптимизация прочности конструкции верхней полки наклонного пояса рамы боковой, приводящая к избыточной массе детали.
Технический результат полезной модели заключается в снижении массы рамы боковой при сохранении заданной прочности и жесткости, что в свою очередь способствует уменьшению динамического воздействия вагона на путь.
Заявляемая полезная модель, как и наиболее близкий аналог, выполнена в виде стальной отливки и состоит из верхнего и нижнего горизонтальных поясов, соединенных между собой вертикальными колонками, образующими совместно с верхним и нижним горизонтальными поясами рессорный проем, горизонтальные надбуксовые участки, имеющие наружные и внутренние челюстные направляющие, образующие буксовый проем, наклонных поясов коробчатого сечения с верхними полками, сопряженных с верхним и нижним горизонтальными поясами. Заявляемая полезная модель отличается от прототипа тем, что в верхней полке каждого наклонного пояса выполнено отверстие, контур которого образован линиями, плавно сходящимися к продольной оси симметрии рамы боковой от боковых вертикальных стенок наклонного пояса в направлении от буксового проема в сторону рессорного проема, отверстие расположено в верхней полке наклонного пояса на расстояние Е от оси буксового проема, лежащем в диапазоне от 250 до 400 мм. Ширина H отверстия лежит в диапазоне от 40 до 130 мм. Длина L отверстия лежит в диапазоне от 200 до 450 мм. Линии контура отверстия плавно сходятся под углом α в диапазоне от 5 до 15 градусов.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 представлен общий вид рамы боковой;
на фиг. 2 представлен фрагмент рамы боковой с расположением отверстия в верхней полке наклонного пояса;
на фиг. 3 представлен разрез А-А на фиг. 2 с изображением отверстия в верхней полке наклонного пояса рамы боковой;
на фиг. 4 представлено наложение результатов расчета методом топологической оптимизации на конечную деталь 2D в виде верхней полки наклонного пояса рамы боковой;
на фиг. 5 представлено наложение результатов расчета методом топологической оптимизации на конечную деталь 3D для рамы боковой;
на фиг. 6 представлено наложение результатов расчета методом топологической оптимизации на конечную деталь 3D с отображением верхней полки рамы боковой.
Рама боковая тележки грузового вагона (фиг. 1) выполнена в виде стальной отливки и состоит 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, горизонтальных надбуксовых участков 5, имеющих наружные 6 и внутренние 7 челюстные направляющие, образующие буксовый проем 8, наклонных поясов 9 коробчатого сечения, сопряженных с верхним 1 и нижним 2 поясами.
Отверстие 10 (фиг.  2) расположено в верхней полке 11 наклонного пояса 9 на расстоянии «Е» от оси 12 буксового проема 8.
Контур 13 (фиг. 3) отверстия 10 образован линиями, плавно сходящимися под углом α к продольной оси симметрии 14 рамы боковой от боковых вертикальных стенок 15 наклонного пояса 9 в направлении от буксового проема 8 в сторону рессорного проема 4 (фиг. 2).
Габарит отверстия 10 ограничен в поперечном направлении шириной «H», а в продольном направлении длиной L.
Значения размеров Е, H, L и α для отверстия 10 определены в результате расчета методом топологической оптимизации 3D-модели рамы боковой. Результаты расчета данным методом позволили выделить объем материала внутри детали, который служит для передачи заданных нагрузок.
На фиг. 4 представлено наложение результатов расчета методом топологической оптимизации на конечную деталь с отображением вида, перпендикулярного плоскости расположения верхней полки наклонного пояса рамы боковой. Серым цветом изображена 3D-модель конечной детали рамы боковой, синим цветом выделен объем материала внутри детали, полученный в результате расчета методом топологической оптимизации. Видно, что отверстие 10, ограниченное контуром 13, расположено в месте отсутствия объема материала, участвующего в передаче заданных нагрузок.
Значения расстояния «Е» находятся в диапазоне от 250 до 400 мм. При расстоянии Е более 400 мм масса детали избыточна для обеспечения заданной прочности. При расстоянии Е менее 250 мм происходит недопустимое снижение прочности и жесткости рамы боковой.
Значения размеров отверстия 10 находятся в следующих диапазонах: ширина H - от 40 до 130 мм, длина L - от 200 до 450 мм; угол α - от 5 до 15 градусов. При превышении значений указанных диапазонов размеров отверстия 10 происходит недопустимое снижение прочности и жесткости рамы боковой. При значениях размеров ниже указанных диапазонов масса рамы боковой получается избыточной для обеспечения заданной прочности.
На фиг. 5, 6 представлено наложение результатов расчета методом топологической оптимизации на конечную деталь 3D с отображением верхней полки рамы боковой с отверстием 10, ограниченным контуром 13.
Применение предлагаемой полезной модели позволяет изготовить рациональную конструкцию рамы боковой со сниженной массой при сохранении заданной прочности и жесткости детали, которая обеспечивает сниженное динамического воздействия вагона на путь.
Предлагаемую полезную модель используют следующим образом.
Рама боковая тележки грузового вагона служит для передачи нагрузок от кузова вагона на колесные пары. Нагрузка от кузова вагона через пятник передается на подпятник надрессорной балки тележки и далее через пружинный комплект на опорные площадки пружинных комплектов рам боковых. Верхняя полка наклонного пояса рамы боковой выполнена с отверстием, геометрия которого обеспечивает снижение массы рамы боковой при сохранении заданной прочности и жесткости детали.
Таким образом, предлагаемая конструкция рамы боковой тележки грузового вагона обеспечивает заявленный технический результат – снижение массы рамы боковой при сохранении заданной прочности и жесткости, что в свою очередь способствует уменьшению динамического воздействия вагона на путь.