Вагон-хоппер

Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта и предназначена для использования в вагонах-хопперах для перевозки сыпучих грузов.
Из патента РФ № 194884 на полезную модель известен вагон-хоппер, содержащий раму, кузов, состоящий из боковых и торцевых стен со стойками, бункеров и крыши с люками, с применением электроизолирующего прокладочного материала, при этом все детали кузова сопряжены зажимными болтами и обжимными втулками, а поверхности стальных и алюминиевых листов кузова по всей площади их соприкосновения покрыты электроизолирующим покрытием, при этом толщина нанесения электроизолирующего покрытия находится в интервале от 80 до 200 мкм. Между стальными и алюминиевыми листами кузова в качестве электроизолирующего прокладочного материала использован стеклотекстолит.
Наиболее близким техническим аналогом является вагон-хоппер модели 19-1244 для перевозки минеральных удобрений содержащий раму, боковые и торцевые стены, бункеры, крышу с люками. Кузов изготовлен с применением алюминиевого сплава (http://rmrail.ru/new_developments/).
Недостатком известных технических решений является отсутствие защиты от электрохимической коррозии, возникающей между соприкасающимися деталями кузова, изготовленного из алюминиевого сплава и поддерживающими элементами рамы, изготовленной из стального сплава.
Техническая проблема, решаемая заявляемой полезной моделью – повышение срока эксплуатации вагона-хоппера.
Технический результат, достигаемый заявляемой полезной моделью – снижение электрохимической коррозии между соприкасающимися деталями кузова вагона-хоппера, изготовленными из алюминиевого сплава и поддерживающими элементами рамы, изготовленными из стального сплава; повышение срока эксплуатации вагона-хоппера.
Известно, что на контакте деталей, изготовленных из разных металлов (в частности, из алюминия и стали) возникает контактная коррозия, приводящая к преждевременному изнашиванию контактирующих деталей (источник: «Защита от коррозии, старения и биоповреждений машин, оборудования и сооружений», А.А. Герасименко и др., М, Машиностроение, 1987 г., УДК 620.197, стр. III-605 – 606; «Техника борьбы с коррозией», Р. Юхневич и др., Л, Химия, 1978, стр. 104). В таких контактах алюминий выполняет роль анода, а сталь – катода.
Также известно (в том числе из приведенных выше источников), что для предотвращения контактной коррозии целесообразно контактирующие между собой детали из разных металлов изолировать друг от друга.
Заявленный технический результат достигается тем, что в вагоне-хоппере, содержащем кузов, изготовленный из алюминиевого сплава, в нижней части кузова расположены разгрузочные бункеры, сообщающиеся с внутренней полостью кузова, раму прямоугольной формы, изготовленную из стального сплава, кузов установлен на раму, согласно полезной модели на контактирующих с кузовом, в том числе с разгрузочными бункерами, поверхностях конструктивных элементов рамы размещены и закреплены накладки из прочного изолирующего материала.
Рама содержит две противолежащие продольные боковые балки и две противолежащие крайние поперечные балки, также рама содержит хребтовую балку, закрепленную посередине рамы и ориентированную вдоль продольной оси рамы, промежуточные поперечные балки, расположенные последовательно параллельно крайним поперечным балкам и соединяющие продольные боковые балки с хребтовой балкой, продольные коньки хребтовой балки, размещенные последовательно вдоль хребтовой балки и закрепленные сверху на горизонтальной поверхности хребтовой балки, опоры бункеров, размещенные и закрепленные с одной стороны на боковых вертикальных поверхностях хребтовой балки, а с другой стороны опоры бункеров размещены и закреплены на внутренних вертикальных поверхностях продольных боковых балок рамы, при этом бункеры расположены между балками рамы и установлены на опоры бункеров с возможностью упора на соответствующую промежуточную поперечную балку, боковые поверхности которой выполнены параллельными сужающейся к низу стенке бункера, геометрия опор бункеров выбрана с учетом обеспечения плоского контакта между поверхностью указанных опор со стенками бункеров, накладки из электроизолирующего материала размещены на верхних горизонтальных поверхностях продольных боковых балок рамы, на верхних горизонтальных поверхностях крайних поперечных балок рамы, контактирующих со стенками кузова вагона, на контактирующих с кузовом поверхностях продольных коньков хребтовой балки, также накладки из изолирующего материала размещены на контактирующих со стенками бункеров поверхностях опор бункеров и на боковых поверхностях промежуточных поперечных балок рамы.
Промежуточная поперечная балка, контактирующая со стенкой бункера, может быть выполнена в поперечном разрезе треугольной.
Изолирующие накладки могут быть выполнены из текстолита.
Изолирующие накладки могут быть выполнены из стеклотекстолита.
Изолирующие накладки на верхних наружных поверхностях продольных боковых балок рамы и на верхних наружных поверхностях крайних поперечных балок рамы могут быть выполнены толщиной 0,5-0,7 мм.
Изолирующие накладки на контактирующих с кузовом поверхностях продольных коньках хребтовой балки, на контактирующих со стенками бункеров поверхностях опор бункеров и на боковых поверхностях промежуточных поперечных балок рамы могут быть выполнены толщиной 20-22 мм.
При установке кузова на раму контактирующими с кузовом элементами рамы являются продольные боковые и крайние поперечные балки рамы, а также коньки хребтовой балки. Элементами, контактирующими со стенками разгрузочных бункеров являются опоры бункеров, боковые поверхности промежуточных поперечных балок рамы.
Рама изготовлена из стального сплава; кузов, в том числе разгрузочные бункеры, изготовлены из алюминиевого сплава. Для исключения электрохимической коррозии между контактирующими между собой деталями кузова и рамы на наружных поверхностях деталей рамы, контактирующих с кузовом, закреплены изолирующие накладки, выполненные, например, из текстолита или из стеклотекстолита.
Известно, что текстолит — электроизоляционный конструкционный материал. Представляет собой слоистый композитный материал на основе ткани из волокон и полимерного связующего вещества, бакелита, полиэфирной смолы, эпоксидной смолы).
11
7
Текстолит на основе стеклоткани называется стеклотекстолитом или стеклопластиком. Стеклотекстолит превосходит текстолит по ряду свойств: термостойкость от 140 до 180 °C против 105—130 °C у текстолита; удельное сопротивление — 10 Ом·м против 10 Ом·м; тангенс угла потерь — 0,02 против 0,07 (https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D0%BA%D1%81%D1%82%D0%BE%D0%BB%D0%B8%D1%82).
Таким образом, использование накладок из текстолита или из стеклотекстолита не снизит прочность и надежность места стыка деталей кузова и рамы, при этом обеспечит надежную изоляцию контактирующих между собой деталей кузова и рамы, предотвращая их коррозию и преждевременный износ.
По площади контакта с кузовом продольных боковых балок рамы, крайних поперечных балок рамы накладки из изоляционного материала выполняют толщиной 0,5 – 0,7 мм. Этой толщины достаточно для обеспечения надежной изоляции между стальными элементами рамы и алюминиевыми элементами кузова, поскольку площадь их контакта является значительной, нагрузка от кузова на указанные элементы рамы распределяется равномерно по всей площади контакта.
По площади контакта стенок бункеров с опорами бункеров, а также с боковыми поверхностями промежуточных поперечных элементов рамы накладки выполняют толщиной 20-22 мм. Такая толщина указанных  накладок определяется тем, что контакт стенок бункеров с опорами и с промежуточными поперечными балками рамы является более точечным, нагрузки на единицу площади контактирующих поверхностей более значительные, чем при контакте кузова с продольными боковыми балками рамы и с крайними промежуточными балками рамы.
Толщина всех накладок обеспечивает необходимую изоляцию контактирующих конструктивных элементов, выполненных из разнородных металлов, а также обеспечивает необходимую надежность такой изоляции ввиду прочности изолирующего материала.
Размещение бункеров на опорах позволяет исключить использование крепежных элементов, соединяющих бункера с балками рамы, что снижает вероятность возникновения электрохимической коррозии, обусловленной контактом разнородных металлов при выполнении таких соединений. Следовательно, технический результат будет обеспечиться не только непосредственной изоляцией контактирующих между собой конструктивных элементов кузова и рамы, но и дополнительно будет обеспечиваться установкой бункеров на опоры, что исключает необходимость в использовании дополнительных крепежных элементов.
Для надежной установки бункера на опоры, геометрию опор, а также геометрию боковых поверхностей поперечных балок рамы выбирают исходя из обеспечения плоского контакта между стенкой бункера и поверхностью соответствующей опоры, в том числе боковой поверхностью промежуточной поперечной балки рамы.
Плоский контакт обусловлен необходимостью снижения нагрузки на опоры, в том числе на боковые поверхности промежуточных поперечных балок, по сравнению с точечным контактом.
На фиг. 1 изображена рама вагона-хоппера.
На фиг. 2 изображен продольный конек хребтовой балки.
На фиг. 3 изображена опора бункера, закрепленная на боковой вертикальной поверхности хребтовой балки.
На фиг. 4 изображена опора бункера, закрепленная на боковой вертикальной стороне боковой балки рамы.
На фиг. 5 изображена опора, закрепленная на поперечной балке рамы.
На фиг. 6 изображен вид рамы сверху.
На фиг. 7 показан общий вид вагона-хоппера, установленного на раму.
Позиции на фигурах:
1 – хребтовая балка рамы;
2 – шкворневая балка рамы;
3 – лобовые балки рамы;
4 – продольные боковые балки рамы;
5 – крайние поперечные балки рамы;
6 – промежуточные поперечные балки рамы, контактирующие с бункером;
7 – продольные коньки хребтовой балки;
7.1. – конек хребтовой балки;
7.2. – изолирующая накладка конька хребтовой балки;
8 – опоры бункеров, закрепленные на боковой вертикальной поверхности хребтовой балки;
8.1. – опора бункера, закрепленная на боковой вертикальной поверхности хребтовой балки;
8.2. – изолирующая накладка на опору бункера, закрепленную на вертикальной боковой поверхности хребтовой балки;
9  - опоры бункеров, закрепленные на внутренней вертикальной поверхности продольной боковой балки;
9.1. – опора бункера, закрепленная на внутренней вертикальной поверхности боковой балки;
9.2 - изолирующая накладка на опору бункера, закрепленную на внутренней вертикальной поверхности боковой балки.
10 – накладка на промежуточную поперечную балку рамы, на которую опирается стенка бункера;
10.1 – изолирующая накладка на промежуточную поперечную балку рамы;
10.2. – стенка бункера;
11 – изоляционная накладка на верхнюю горизонтальную поверхность продольных боковых балок рамы и крайних поперечных балок рамы.
Вагон-хоппер, содержащий кузов, изготовленный из алюминиевого сплава; в нижней части кузова расположены разгрузочные бункеры, сообщающиеся с внутренней полостью кузова, установленного на  раму  прямоугольной формы, изготовленную из стального сплава. Рама содержит две противолежащие продольные боковые балки 4 и две противолежащие крайние поперечные балки 5. Рама содержит хребтовую балку 1, закрепленную посередине рамы и ориентированную вдоль продольной оси рамы; промежуточные поперечные балки 6, расположенные последовательно параллельно крайним поперечным балкам 5 и соединяющие продольные боковые балки 4 с хребтовой балкой 1; продольные коньки 7 хребтовой балки, размещенные последовательно вдоль хребтовой балки 1 и закрепленные сверху на горизонтальной поверхности хребтовой балки 1; опоры бункеров 8, размещенные и закрепленные с одной стороны на боковых вертикальных поверхностях хребтовой балки 1, а с другой стороны опоры бункеров 9 размещены и закреплены на внутренних вертикальных поверхностях продольных боковых балок 4 рамы. Кроме того, рама содержит две лобовые балки 3, соединяющие продольные боковые балки 4. Лобовые балки 4 выходят за пределы кузова вагона-хоппера, изолирующие накладки на них не размещаются. Бункеры расположены между балками 1, 4, 5, 6 рамы и установлены на опоры 8, 9 бункеров с возможностью упора на соответствующую промежуточную поперечную балку 6, боковые поверхности которой выполнены параллельными сужающейся к низу стенки бункера. Геометрия опор 8, 9 бункеров выбрана с учетом обеспечения плоского контакта между поверхностью указанных опор со стенками бункеров. Накладки из электроизолирующего материала размещены соответственно на верхних горизонтальных поверхностях продольных боковых балок 4 рамы (накладки 11), на верхних горизонтальных поверхностях крайних поперечных балок рамы (накладки 11), контактирующих со стенками кузова вагона; на контактирующих с кузовом поверхностях продольных коньков хребтовой балки (накладки 7.2); также накладки из изолирующего материала размещены на контактирующих со стенками бункеров поверхностях опор 8, 9 (накладки, соответственно, 8.2 и 9.2) бункеров и на боковых поверхностях промежуточных поперечных балок 6 рамы (накладки 10.1). Промежуточная поперечная балка 6, контактирующая со стенкой бункера, выполнена в поперечном разрезе треугольной. Форма промежуточной поперечной балки 6 обусловлена необходимостью обеспечения плоского контакта между боковой поверхностью указанной балки 6 со стенкой бункера, которая выполнена конусообразной сужающейся к низу. Изолирующие накладки выполнены из текстолита или из стеклотекстолита. Изолирующие накладки 11 выполнены толщиной 0,5 мм, например, из стеклотекстолита марки СТЭФ 1с-0,5 ГОСТ 12652. Изолирующие накладки 7.2, 8.2, 9.2, 10.1 выполнены толщиной 20 мм, например, из стеклотекстолита марки КАСТ-В-20,0 ГОСТ 10292.
Наличие в раме вагона-хоппера опор для бункеров и выполнение на контактирующих между собой конструктивных элементах кузова и рамы изолирующих накладок, в частности, из стеклотекстолита, позволяет исключить прямой контакт сталь-алюминий, предотвратить местную электрохимическую коррозию, продлевая срок службы деталей из алюминиевых сплавов.