Боковая балка рамы вагона-платформы для перевозки контейнеров

Заявляемая полезная модель относится к железнодорожному подвижному составу, а именно к грузовым железнодорожным вагонам-платформам, предназначенным для перевозки контейнеров.
Для перевозки двух 40-футовых или четырех 20-футовых контейнеров по железной дороге служат специализированные длиннобазные вагоны-платформы погрузочной длиной 80 футов, оборудованные фитинговыми упорами для крепления контейнеров.
Как правило, рамы данных вагонов-платформ представляют собой сварную конструкцию, состоящую из цельной, проходящей по всей длине хребтовой балки, боковых балок, концевых балок, шкворневых балок и набора поперечных балок.
Поскольку масса брутто вагонов-платформ при использовании в них ходовых частей одного типа одинакова, для повышения грузоподъемности вагонов-платформ требуется снижение их массы тары, которое может быть проведено за счет оптимизации конструкции рамы, в частности за счет отказа от цельной, проходящей по всей длине хребтовой балки, и выполнения хребтовой балки в виде двух отдельных балок, размещенных в концевых частях вагона-платформы.
В таком случае основными несущими элементами рамы вагона-платформы являются боковые балки.
Из уровня техники известен, выбранный в качестве прототипа, вагон-платформа для перевозки крупнотоннажных контейнеров модели 13-6716 (публикация в сети Интернет: http://www.rvrz.ru/pokupatelyam/katalog-produktsii/novoe-vagonostroenie/vagon-platforma-dlya-perevozki-krupnotonnazhnykh-konteynerov-model-13-6716), имеющий сварную раму с несущими боковыми балками, при этом боковые балки выполнены в виде переменного по высоте двутаврового сечения.
Указанное техническое решение позволяет снизить массу тары вагона-платформы за счет использования боковых балок в качестве основных несущих элементов рамы.
Однако недостатком указанного вагона-платформы является малый коэффициент запаса сопротивления усталости рамы, что обусловлено применением боковых балок, имеющих двутавровое поперечное сечение.
В процессе эксплуатации на раму вагона-платформы действуют вертикальные нагрузки, влияние которых на срок службы вагона-платформы зависит, в том числе, от коэффициента сопротивления усталости рамы.
Из методики расчета коэффициента запаса сопротивления усталости элементов вагона, изложенной в ГОСТ 33211-2014 и в «Нормах для расчета и проектирования вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных)», М.: ГосНИИВ-ВНИИЖТ, 1996 г., известно, что коэффициент запаса сопротивления усталости зависит от уровней амплитуд напряжений от действия вертикальных динамических сил, которые, в свою очередь, зависят, в том числе, от момента сопротивления сечения элемента вагона, который напрямую связан с формой  (в том числе высотой) поперечного сечения элемента.
По условию вписывания в нижнее очертание габарита подвижного состава существует ограничение по максимальной высоте поперечного сечения боковой балки рамы, поэтому увеличение момента сопротивления сечения указанной балки-прототипа путем увеличения его высоты лимитировано.
Решаемой технической проблемой является малый коэффициент запаса сопротивления усталости рамы вагона-платформы, что может привести к появлению усталостных трещин в раме в процессе эксплуатации.
Техническим результатом является повышение коэффициента запаса сопротивления усталости рамы вагона-платформы.
Указанный технический результат достигается тем, что боковая балка вагона-платформы для перевозки контейнеров имеет переменное по высоте поперечное сечение, образованное двумя горизонтальными полками и вертикальной стенкой, при этом поперечное сечение содержит две Г-образные части, примыкающие своими гранями к нижней полке и вертикальной стенке, при этом Г-образные части совместно с вертикальной стенкой образуют два замкнутых контура коробчатого сечения.
По сравнению с боковой балкой прототипа, имеющей двутавровое поперечное сечение, предложенное техническое решение обладает увеличенным на 20% моментом сопротивления сечения относительно горизонтальной оси, и, соответственно, увеличенным собственным моментом сопротивления сечения, при этом высота предложенного поперечного сечения не превышает высоту сечения боковой балки прототипа.
Таким образом, предложенное техническое решение позволяет снизить величину статического прогиба боковой балки при вертикальной нагрузке, и уменьшить приведенную амплитуду динамического напряжения, вследствие чего достигается заявленный технический результат - повышается коэффициент запаса сопротивления усталости.
Таким образом, заявляемая полезная модель отличается от прототипа тем, что поперечное сечение содержит две Г-образные части, примыкающие своими гранями к нижней полке и вертикальной стенке, при этом Г-образные части совместно с вертикальной стенкой образуют два замкнутых контура коробчатого сечения.
Предлагаемая полезная модель поясняется графическим материалом, где на фигуре показано поперечное сечение боковой балки рамы вагона-платформы для перевозки контейнеров.
Сечение боковой балки образовано двумя горизонтальными полками 1, вертикальной стенкой 2 и двумя Г-образными частями 3, примыкающими своими гранями к нижней полке 1 и вертикальной стенке 2, при этом Г-образные части 3 совместно с вертикальной стенкой 2 образуют два замкнутых контура коробчатого сечения.
Вертикальные нагрузки, действующие на раму вагона в процессе эксплуатации, воспринимаются, в том числе, боковыми балками рамы.
По сравнению с боковой балкой прототипа, имеющей двутавровое поперечное сечение, предложенное техническое решение обладает увеличенным на 20% геометрическим моментом инерции поперечного сечения относительно горизонтальной оси, и, соответственно, увеличенным собственным моментом сопротивления сечения, что позволяет снизить величину статического прогиба боковой балки при вертикальной нагрузке, и, таким образом, уменьшить приведенную амплитуду динамического напряжения, вследствие чего достигается заявленный технический результат - повышается коэффициент запаса сопротивления усталости.
Заявляемая полезная модель реализована с использованием промышленно выпускаемых устройств и материалов, может быть изготовлена на любом вагоностроительном предприятии и найдет широкое применение в области железнодорожного транспорта.