УСИЛЕННОЕ В ПРОДОЛЬНОМ НАПРАВЛЕНИИ РЕЛЬСОВОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО
RAIL VEHICLE REINFORCED IN LONGITUDINAL DIRECTION

Область техники
Изобретение касается усиленного в продольном направлении рельсового транспортного средства.
Рельсовые транспортные средства, в частности пассажирские транспортные средства, сегодня чаще всего производятся в виде самонесущих металлоконструкций. При этом кузов транспортного средства состоит из тележки, торцевых стенок и крыши. Тележка должна выдерживать эксплуатационные усилия, особенно усилия от груза, сжатия и растяжения в сцепке. Для этого тележка часто выполняется в виде рамной конструкции и включает в себя обычно две расположенные снаружи продольные балки, несколько соединяющих эти продольные балки поперечных балок, и усилена в консольных частях транспортного средства. Это усиление осуществляется посредством так называемых хвостовиков, расположенных в консольной части транспортного средства и на главных поперечных балках, которые также включают в себя опоры тележек (или, соответственно, отдельные оси). Для допуска к эксплуатации рельсовых транспортных средств необходимо выполнение определенных норм, часто различных для каждой страны. Эти нормы требуют, в частности, подтверждения того, что рельсовое транспортное средство может, не подвергаясь повреждениям, выдерживать определенное продольное усилие (сжатие в сцепке). Действующая для Европы норма UIC-566 требует подтверждаемого сжатия в сцепке, равного 2000 кН, норма, действующая для США, требует 3550 кН. Если выполнение европейской нормы еще вполне возможно хорошо посредством двух продольных балок, то рельсовое транспортное средство, которое должно быть допущено к эксплуатации в США, требует более высоких затрат на разработку конструкции. Обычно при этом встраиваются дополнительные продольные балки, которые известны в качестве так называемых «средних продольных балок». Средние продольные балки уже применялись в 1911 году в первом пассажирском вагоне из стали («Pullman Sleeping Car Glengyle; The American Society of Mechanical Engineers; http://files.asme.org/ASMEORG/Communities/History/Landmarks/5629.pdf).
Специалисту известно несколько конструктивных решений строения средних продольных балок, например, в документе US2002/0029721 предлагается конструкция тележки, состоящая из двух расположенных снаружи и двух расположенных внутри несущих балок. В документе US 4195451 показана одна отдельная средняя продольная балка, как и в документе US 3631811. Особенно затратная конструкция описана в документе US 5746335. Эта конструкция отцепляет кузов вагона от средней продольной балки (англ. «center sill») посредством гидравлических компонентов.
Ни одна из известных конструкций не позволяет строить рельсовые транспортные средства, которые могут выдерживать очень высокое сжатие в сцепке, но при этом могут изготавливаться с низкими затратами на разработку конструкции и материалы. Кроме того, недостатком является площадь, занимаемая традиционными средними продольными балками.
Изложение изобретения
Поэтому в основу изобретения положена задача указать конструкцию рельсового транспортного средства, которая может выдерживать высокое сжатие в сцепке, но при этом может изготавливаться просто и с оптимальными затратами.
Эта задача решается с помощью усиленного в продольном направлении рельсового транспортного средства с признаками п.1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.
В соответствии с основной идеей изобретения по меньшей мере одна усилительная труба прокладывается между усиленными консольными частями вагона в углублениях поперечных балок и соединяется с усиленными консольными частями вагона. При этом усилительные трубы в углублениях поперечных балок не соединяются, в частности не свариваются с поперечными балками. Усилительные трубы своими концами посредством надлежащих устройств для передачи усилий соединяются с усиленными консольными частями вагона.
Благодаря этому достигается то преимущество, что обеспечивается возможность изготовления усиленного в продольном направлении рельсового транспортного средства с существенно меньшими затратами на изготовление, чем это возможно при решениях по уровню техники. В частности, отсутствует необходимость в затратах на изготовление сварной средней продольной балки, а также пространство, в ином случае занятое средней продольной балкой, остается свободным для других встраиваемых узлов.
Предлагаемое изобретением решение облегчает изготовление усиленного в продольном направлении рельсового транспортного средства, так как в соответствии с изобретением усилительные трубы не свариваются с поперечными балками. Благодаря этому отсутствует необходимость в большом количестве сложных сварных швов.
Кроме того, предпочтительно, что в соответствии с предложенным решением используется вся прочность на сжатие усилительных труб, так как благодаря прокладке в углублениях поперечных балок невозможен продольный изгиб этих усилительных труб. Обычное для рельсовых транспортных средств расстояние между поперечными балками в общем случае является достаточным для того, чтобы препятствовать продольному изгибу усилительных труб.
Одной из существенных особенностей предметного изобретения является полное отсутствие необходимости всех сварных соединений между усилительными трубами и поперечными балками, благодаря чему также становится возможным применение несвариваемых материалов для усилительных труб. Например, при этом могут применяться также трубы из углеродных волокон или кевлара. В частности, благодаря этому также упрощается применение (несвариваемых) высокопрочных сталей.
Передача усилий сжатия от усиленных консольных частей вагона к усилительным трубам осуществляется посредством надлежащих устройств для передачи усилий, которые должны выполняться в каждом случае в соответствии с сочетаниями материалов и пространственными условиями. Если сочетание материалов усиленных консольных частей вагона и усилительных труб допускает сварку, то рекомендуется сваривание этих конструктивных элементов. Если сварка невозможна, или, соответственно, не предусмотрена, то предусмотрены надлежащие устройства, которые обеспечивают надежную передачу усилий в усилительные трубы и компенсируют неизбежные допуски длины рельсового транспортного средства. Например, для этого рекомендуются направляющие втулки и вложенные в эти направляющие втулки клинья, которые компенсируют допуски длины.
Усилительные трубы могут также состоять из цельного материала (усилительные стержни).
В соответствии с изобретением предусмотрено расположение усилительных труб между усиленными консольными частями вагона. При этом, с одной стороны, можно расположить усилительные трубы между двумя главными балками, или, альтернативно, между двумя буферными брусьями, при этом в последнем исполнении усилительные трубы прокладываются через углубления главных балок.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления этого изобретения усилительные трубы дополнительно используются для подачи жидких или газообразных сред. При этом торцевые поверхности усилительных труб должны быть закрыты и должны быть предусмотрены надлежащие соединительные устройства, и выбор размеров усилительных труб должен осуществляться в соответствии с ослаблением прочности на сжатие, обусловленным этими соединительными устройствами. Также предпочтительным является применение усилительных труб для прокладки электрических проводов. В частности, для прокладки электрических проводов высокого напряжения, которые, так или иначе, должны прокладываться в электропроводящих трубах. При этом важно также, что усилительные трубы не свариваются с поперечными балками, так как таким образом обеспечивается невозможность возникновения вызываемых сварными швами неоднородностей внутренней стороны труб, которые могли бы повредить провода высокого напряжения.
Другой предпочтительный вариант осуществления предусматривает прокладку усилительных труб во втулках, которые вводятся в промежутки между углублениями поперечных балок и усилительными трубами. Эти втулки обычно изготавливаются из полимерного материала и улучшают прокладку усилительных труб, что препятствует даже небольшому продольному изгибу и устраняет практически любые вызываемые усилительными трубами шумы. Кроме того, эти втулки повышают несущую способность усилительных труб в осевом направлении, так как они также препятствуют малейшему продольному изгибу усилительных труб.
Краткое описание чертежей
В качестве примера показано:
фиг.1 - рельсовое транспортное средство по уровню техники;
фиг.2 - тележка рельсового транспортного средства по уровню техники;
фиг.3 - изображение сечения тележки рельсового транспортного средства по уровню техники;
фиг.4 - изображение сечения тележки рельсового транспортного средства, предлагаемого изобретением;
фиг.5 - прокладка усилительной трубы через поперечную балку;
фиг.6 - втулка;
фиг.7 - тележка предлагаемого изобретением рельсового транспортного средства при передаче усилий из главной поперечной балки;
фиг.7 - тележка предлагаемого изобретением рельсового транспортного средства при передаче усилий из буферного бруса.
Осуществление изобретения
На фиг.1 в качестве примера схематично показано рельсовое транспортное средство по уровню техники. Рельсовое транспортное средство включает в себя кузов 1 вагона и тележку 11, а также другие конструктивные элементы (оси, колеса и прочее). Тележка 11 соединена с кузовом 1 вагона и вместе с кузовом 1 вагона несет собственный вес и вес груза. Усилия растяжения и сжатия воспринимаются и передаются одной только тележкой 11, для чего на обоих концах тележки 11 предусмотрена усиленная консольная часть 4 вагона. Эта усиленная консольная часть 4 вагона воспринимает усилия, передаваемые от буферов или тяговых крюков (или центральной сцепки).
На фиг.2 в качестве примера схематично показана тележка рельсового транспортного средства по уровню техники. Изображен вид тележки 11 снизу. Тележка 11 включает в себя две продольные балки 2, несколько поперечных балок 3, главную поперечную балку 7 и буферный брус 8. Продольные балки 2 распространяются по всей длине рельсового транспортного средства между буферными брусьями 8 и вместе с поперечными балками 3 образуют раму, которая придает рельсовому транспортному средству необходимую прочность. Эта рама обшита полом 9, который, например, может состоять из волнистого металлического листа и который образует основу конструкции пассажирского пола. На каждом из двух концов тележки 11 предусмотрена усиленная консольная часть 4 вагона. Эта усиленная консольная часть 4 вагона включает в себя буферный брус 8 и главную поперечную балку 7. Эти конструктивные элементы имеют чрезвычайно массивную конструкцию, так как через них передаются все усилия, создаваемые грузом и эксплуатацией. Главные поперечные балки 7 оснащены устройством крепления для тележки или, соответственно, для оси, в буферных брусьях 8 имеются устройства крепления для буфера и сцепок. Главная поперечная балка 7 и буферный брус 8 усиленной консольной части вагона в примере осуществления, показанном на фиг.2, соединены с короткой, расположенной посередине продольной балкой. Усилия сжатия в продольном направлении рельсового транспортного средства могут почти исключительно передаваться через две продольные балки 2, так как кузов 1 вагона (на фиг.2 не изображен) по своей конструкции не подходит для передачи усилий сжатия.
На фиг.3 в качестве примера схематично показано изображение сечения тележки рельсового транспортного средства по уровню техники. Изображено сечение тележки 11 поперек продольного направления рельсового транспортного средства. Две продольные балки 2, которые для экономии веса снабжены отверстиями, соединены с поперечной балкой 3. В показанном примере осуществления обе продольные балки 2 выполнены по существу U-образно. Пол 9 из волнистого металлического листа образует нижнюю наружную оболочку рельсового транспортного средства.
На фиг.4 в качестве примера схематично показано изображение сечения тележки рельсового транспортного средства, предлагаемого изобретением. Изображено сечение тележки 11 поперек продольного направления рельсового транспортного средства, показанного на фиг.3. В соответствии с изобретением поперечные балки 3 снабжены углублениями 6, через которые проложены усилительные трубы 5. Эти усилительные трубы 5 в местах прохождения через поперечные балки 3 в соответствии с изобретением не соединены с поперечными балками 3, или, соответственно, углублениями 6 поперечных балок 3, в частности, они не приварены. Усилительные трубы 5 проходят, не будучи присоединенными, через углубления 6 поперечных балок 3. В показанном примере осуществления изображены две усилительные трубы 5, однако возможно любое другое количество усилительных труб 5. Углубления 6 выполнены так, что они препятствуют продольному изгибу усилительных труб 5. Для этого необходимо, чтобы углубления 6 имели диаметры, только минимально превышающие диаметры усилительных труб 5.
На фиг.5 в качестве примера схематично показана прокладка усилительной трубы через поперечную балку. Изображено продольное сечение усилительной трубы 5 в области прохождения через поперечную балку 3. Втулка 10 охватывает усилительную трубу 5 и направляет ее в углублении 6 поперечной балки 3. Эта втулка 10 при монтаже тележки 11 надевается на усилительную трубу 5 и затем вдавливается в углубление 6. При этом усилительная труба 5 без зазора прокладывается в углублении 6, что препятствует возникновению любого шума, и благодаря улучшенной прокладке усилительной трубы также предотвращается продольный изгиб в случае нагрузки.
На фиг.6 в качестве примера схематично показана втулка. Изображен трехмерный вид сечения втулки 10. Эта цельная втулка 10 может также изготавливаться из двух частей, чтобы иметь возможность монтировать ее также после осуществления монтажа тележки 11.
На фиг.7 в качестве примера схематично показана тележка предлагаемого изобретением рельсового транспортного средства при передаче усилий из главной поперечной балки. Изображен вид сверху тележки 11 одной консольной части рельсового транспортного средства. Другая консольная часть рельсового транспортного средства имеет зеркальную конструкцию. Тележка 11 включает в себя две продольные балки 1, несколько поперечных балок 3, две главные поперечные балки 7 и два буферных бруса 8. Продольные балки 11 распространяются по всей длине рельсового транспортного средства между буферными брусьями 8 и вместе с поперечными балками 3 образуют раму. Поперечные балки 3 изображены в горизонтальном сечении. Между главными поперечными балками 7 обоих концов тележки 11 проходят две усилительные трубы 5 в продольном направлении рельсового транспортного средства. Эти усилительные трубы 5 проходят через поперечные балки 3 в углублениях этих поперечных балок 3. Усилительные трубы 5 не соединены с поперечными балками 3 в местах этого прохождения. Для пояснения этого признака предметного изобретения углубления 6 изображены в сильно увеличенном размере. В эти углубления могут, как показано на фиг.5, вводиться втулки 10 (не изображены) для улучшения прокладки усилительных труб 5 и препятствования возникновению любого шума. На каждом конце усилительных труб 5 предусмотрено устройство 12 для передачи усилий, которое направляет конец каждой усилительной трубы 5 и передает усилия сжатия от главной поперечной балки 7 в усилительные трубы 5. Исполнение этого устройства 12 для передачи усилий, в частности, определяется сочетанием материалов усилительной трубы 5 и главной поперечной балки 7. Если эти материалы могут свариваться друг с другом, то рекомендуется сваривать их в этом месте, благодаря чему устройство 12 для передачи усилий может быть выполнено особенно просто.
На фиг.8 в качестве примера схематично показана тележка предлагаемого изобретением рельсового транспортного средства при передаче усилий из буферного бруса. Изображена тележка 11, показанная на фиг.7, при этом передача усилий в усилительные трубы 5 осуществляется уже из буферного бруса 8. Усилительные трубы 5 проходят между буферными брусьями 8 двух концов тележки 11 и, наряду с поперечными балками 3, пронизывают также главную поперечную балку 7. Для пояснения главная поперечная балка 7 для этого изображена в частичном сечении. Рекомендуется оснастить проходы усилительных труб 6 через главную поперечную балку 7 втулками 10 (не изображены). Предметный пример осуществления показывает принцип передачи усилий из буферного бруса 8, в конкретных вариантах осуществления следует принимать во внимание максимальный пролет между усилительными трубами 5, чтобы препятствовать продольному изгибу усилительных труб 6. При этом при необходимости предусмотрены дополнительные места опор (поперечные балки).
Спецификация позиций
1 Кузов вагона
2 Продольная балка
3 Поперечная балка
4 Усиленная консольная часть вагона
5 Усилительная труба
6 Углубление
7 Главная поперечная балка
8 Буферный брус
9 Пол
10 Втулка
11 Тележка
12 Устройство для передачи усилий.