НАДРЕССОРНАЯ БАЛКА ТЕЛЕЖКИ ГРУЗОВОГО ВАГОНА

Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта и может быть использовано в конструкции надрессорных балок тележек грузовых вагонов с осевой нагрузкой 25 тс.
Известна надрессорная балка тележки грузового вагона, содержащая верхний пояс с подпятником в центральной части и опорными площадками под скользуны, нижний пояс с опорными площадками под пружины рессорного комплекта, боковые стенки с технологическими отверстиями, карманы для установки фрикционных клиньев в концевых частях, при этом указанные технологические отверстия выполнены протяженными в продольном направлении надрессорной балки и имеют по контуру наружные усиления в виде скругленных выступов (см. RU 169160 U1, 07.03.2017).
Известна также принятая в качестве наиболее близкого аналога железнодорожная надрессорная балка, содержащая верхний пояс с подпятником в центральной части и опорными площадками под скользуны, нижний пояс с опорными площадками под пружины рессорного комплекта, боковые стенки с технологическими отверстиями, карманы для установки фрикционных клиньев в концевых частях, при этом указанные технологические отверстия выполнены протяженными в продольном направлении надрессорной балки и имеют по контуру внутренние усиления в виде выступов-утолщений (см. US 3482531 A, опубл. 09.12.1969).
Техническая проблема известных конструкций надрессорных балок заключается в следующем. В местах перехода от боковой стенки к выступающему относительно ее поверхности усилению при изготовлении надрессорной балки образуются термические узлы, которые тем массивнее, чем больше длина выступа-утолщения, которое усиливает отверстия в боковых стенках. Усиливающие выступы-утолщения выполнены по контуру отверстий боковых стенок и имеют, тем самым, максимально возможную длину. В образующихся термических узлах в процессе затвердевания металла на стыках боковых стенок и выступов-утолщений с большой вероятностью могут возникать усадочные дефекты. Усадочные дефекты в зоне отверстий, в свою очередь, приводят к снижению прочности надрессорной балки.
Технический результат, достигаемый при использовании полезной модели, заключается в повышении эксплуатационной надежности надрессорной балки тележки грузового вагона за счет повышения прочности надрессорной балки.
Технический результат достигается за счет того, что надрессорная балка тележки грузового вагона содержит верхний пояс с подпятником в центре и опорными площадками под скользуны, нижний пояс с опорными площадками под пружины рессорного комплекта, боковые стенки, соединяющие верхний и нижний пояса и выполненные с отверстиями, карманы для установки фрикционных клиньев в концевых частях надрессорной балки, при этом отверстия выполнены овальной формы, протяженными в продольном направлении надрессорной балки и имеют внутренние усиления в виде выступов-утолщений. В отличие от наиболее близкого аналога, выступы-утолщения выполнены в боковых частях отверстий боковых стенок и плавно сопряжены наклонными переходными участками с боковыми стенками.
В частных формах реализации надрессорной балки выступы-утолщения выполнены на внутренней поверхности боковых стенок между верхним и нижним поясами.
В частных формах реализации надрессорной балки углы наклона переходных участков относительно наружной поверхности боковых стенок составляют не более 26°.
В частных формах реализации надрессорной балки выступы-утолщения со стороны концевых частей надрессорной балки превышают по высоте выступы-утолщения со стороны центра.
В частных формах реализации надрессорной балки выступы-утолщения со стороны концевых частей надрессорной балки выполнены высотой не менее 37 мм относительно наружной поверхности боковых стенок.
В частных формах реализации надрессорной балки выступы-утолщения со стороны центра надрессорной балки выполнены высотой не менее 30 мм относительно наружной поверхности боковых стенок.
Выполнение внутренних усилений отверстий боковых стенок надрессорной балки локально, в виде выступов-утолщений, расположенных в боковых частях отверстий и плавно сопряженных наклонными переходными участками с боковыми стенками надрессорной балки, уменьшает длину выступов-утолщений и, тем самым, способствует сокращению вероятности образования термических узлов, возникающих во время затвердевания жидкого металла при изготовлении надрессорной балки. В результате этого снижается вероятность образования усадочных дефектов в отливке надрессорной балки, что увеличивает сопротивление разрушению материала при многократных циклических нагружениях и способствует повышению эксплуатационной надежности надрессорной балки предлагаемой конструкции. Расположение выступов-утолщений в боковых частях отверстий боковых стенок обусловлено необходимостью усиления частей, наиболее нагруженных в процессе эксплуатации надрессорной балки. При этом высота выступов-утолщений со стороны концевых частей надрессорной балки превышает высоту выступов-утолщений со стороны ее центра. Поскольку в направлении концевых частей надрессорной балки уменьшается размер ее поперечного сечения и, соответственно, снижается момент сопротивления, для того, чтобы надрессорная балка выдерживала одинаковую нагрузку на длине участков боковых стенок, в которых выполнены отверстия, выполнена указанная разница высот выступов-утолщений. Расположение выступов-утолщений на внутренней поверхности боковых стенок, протяженностью от верхнего пояса до нижнего пояса увеличивает эксплуатационную надежность надрессорной балки.
Полезная модель представлена на чертежах, где изображено:
на фиг. 1 - надрессорная балка тележки грузового вагона, аксонометрическая проекция;
на фиг. 2 - то же самое, местный вид на отверстие боковой стенки с выступами-утолщениями;
на фиг. 3 - то же самое, частичный горизонтальный продольный разрез;
на фиг. 4 - местный вид А на фиг. 2;
на фиг. 5 - поля распределения напряжений в зоне отверстия боковой стенки надрессорной балки.
Надрессорная балка тележки грузового вагона (фиг. 1) содержит верхний пояс 1, выполненный с подпятником 1.1 в центре и с опорными площадками 1.2 под скользуны, нижний пояс 2 с опорными площадками под пружины рессорного комплекта, соединяющие верхний 1 и нижний 2 пояса боковые стенки 3 со сквозными отверстиями 4, выполняющими функции технологических окон, карманы 5 для установки фрикционных клиньев, выполненные в концевых частях надрессорной балки. Отверстия 4 имеют овальную форму и расположены протяженно в продольном направлении надрессорной балки.
Каждое из отверстий 4 (фиг. 2, 3) имеет два усиливающих выступа-утолщения 6.1 и 6.2, которые расположены в его боковых частях на внутренней поверхности боковой стенки 3. Выступы-утолщения 6.1 и 6.2 выполнены между верхним 1 и нижним 2 поясами по всей высоте боковых стенок 3. Выступы-утолщения 6.1 высотой H1 и выступы-утолщения 6.2 высотой Н2 плавно сопряжены через наклонные переходные участки 6.1.1, 6.1.2 и 6.2.1, 6.2.2 с боковыми стенками 3 высотой h.
Углы наклона α переходных участков 6.1.1, 6.1.2, 6.2.1, 6.2.2 (фиг. 4) относительно наружной поверхности боковых стенок 3 надрессорной балки составляют не более 26°. При выполнении углов наклона α переходных участков более 26° перепад толщины и, соответственно, жесткости, будет очень сильным, и эти утолщения сами будут являться концентраторами напряжений. Выступы-утолщения 6.1 выполнены высотой H не менее 37 мм, выступы-утолщения 6.2 выполнены высотой h не менее 30 мм. При выполнении выступов-утолщений 6.1 и 6.2 высотой Н и h менее указанных значений не будет обеспечиваться назначенный ресурс надрессорной балки.
При расчете на усталость надрессорной балки, выполняемом по нескольким расчетным режимам, поля распределения напряжений в зоне отверстия боковой стенки от единичной вертикальной нагрузки на надрессорную балку по одному из расчетных режимов выглядят так, как показано на (фиг. 5). Как видно, при выполнении выступов-утолщений локально, в боковых частях отверстий в боковых стенках, очаги существенных концентрации напряжений в зоне отверстий отсутствуют, что свидетельствует о достаточной прочности предлагаемой конструкции надрессорной балки.