РАМА КУЗОВА ПОЛУВАГОНА

Заявляемая полезная модель относится к железнодорожному транспорту, в частности к полувагонам, и касается конструкции рамы кузова полувагона.
Рама — наиболее нагруженный элемент кузова полувагона, воспринимающий наибольшую долю как продольных, так и вертикальных сил, и поэтому выполнена из наиболее мощных и материалоемких прокатных профилей.
Рама грузового вагона включает хребтовую балку и промежуточные балки, накрытые настилом пола, при этом каждая промежуточная балка содержит вертикальную стенку, верхнюю полку и нижнюю полку (Пастухов И.Ф., Пигунов В.В., Кошкалда P.O. Конструкция вагонов: Учебник для колледжей и техникумов ж.-д. транспорта. — 2-е изд. — М.: Маршрут, 2004. с.246-247. Технической проблемой данного технического решения является высокая металлоёмкость из-за наличия верхней полки промежуточной балки.
Известна рама полувагона, содержащая хребтовую балку и промежуточные балки, накрытые несущим полом. Промежуточная балка содержит вертикальную стенку и нижнюю полку (UA 104342, B61F1/00, опубл. 25.01.2016, фиг. 1). Технической проблемой данного технического решения является высокая металлоёмкость из-за большой площади вертикальной стенки промежуточной балки.
Известна рама полувагона, состоящая из хребтовой балки и закрепленных на ней поперечных концевых, промежуточных и шкворневых балок, при этом между верхней полкой и вертикальными стенками профиля хребтовой балки в месте присоединения к ней каждой промежуточной балки установлена диафрагма, расположенная в продольной вертикальной плоскости симметрии каждой поперечной промежуточной балки, а нижний лист поперечной промежуточной балки выполнен цельным и установлен под нижними полками профиля хребтовой балки (RU 171395, B61F1/00, опубл. 30.05.2017, описание фиг. 7). Технической проблемой данного технического решения является высокая металлоёмкость из-за наличия верхней полки поперечной промежуточной балки и большой площади вертикальной стенки поперечной промежуточной балки.
Общей технической проблемой указанных технических решений является высокая металлоёмкость рамы кузова полувагона.
Техническим результатом заявляемого технического решения является снижение металлоёмкости при обеспечении прочности поперечных промежуточных балок рамы кузова полувагона.
Достигается заявленный технический результат рамой кузова полувагона, включающей хребтовую балку и поперечные промежуточные балки, накрытые настилом пола, при этом каждая поперечная промежуточная балка содержит вертикальные стенки, расположенные по сторонам хребтовой балки, диафрагму, расположенную внутри профиля хребтовой балки, и нижнюю полку, установленную под хребтовой балкой, в которой в каждой поперечной промежуточной балке вертикальные стенки жёстко соединены с настилом пола и с нижней полкой, нижняя полка содержит горизонтальный участок, установленный под хребтовой балкой, и наклонные участки, расположенные по сторонам горизонтального участка, при этом горизонтальный участок выполнен при соотношении:
1
1
10 мм + b < n < 200 мм + b,
где: n – длина горизонтального участка нижней полки, мм;
1
b – ширина хребтовой балки по кромкам её нижних полок, мм.
В вариантах исполнения полезной модели нижняя полка каждой поперечной промежуточной балки может быть выполнена шириной в диапазоне размеров от 100 до 400 мм и наклонными участками с углом наклона к горизонту в диапазоне размеров от 15 до 65°; вертикальные стенки поперечных промежуточных балок могут быть выполнены толщиной в диапазоне размеров от 6 до 16 мм; нижние полки поперечных промежуточных балок могут быть выполнены толщиной в диапазоне размеров от 6 до 16 мм; на концах поперечных промежуточных балок могут быть установлены рёбра жёсткости, соединённые с вертикальными стенками и нижними полками поперечных промежуточных балок и с настилом пола.
Заявляемая полезная модель отличается от прототипа тем, что в каждой поперечной промежуточной балке вертикальные стенки жёстко соединены с настилом пола и с нижней полкой, нижняя полка содержит горизонтальный участок, установленный под хребтовой балкой, и наклонные участки, расположенные по сторонам горизонтального участка, при этом горизонтальный участок выполнен при соотношении:
1
1
10 мм + b < n < 200 мм + b,
где: n – длина горизонтального участка нижней полки, мм;
1
b – ширина хребтовой балки по кромкам её нижних полок, мм;
нижняя полка каждой поперечной промежуточной балки может быть выполнена шириной в диапазоне размеров от 100 до 400 мм и наклонными участками с углом наклона к горизонту в диапазоне размеров от 15 до 65°; вертикальные стенки поперечных промежуточных балок могут быть выполнены толщиной в диапазоне размеров от 6 до 16 мм; нижние полки поперечных промежуточных балок могут быть выполнены толщиной в диапазоне размеров от 6 до 16 мм; на концах поперечных промежуточных балок могут быть установлены рёбра жёсткости, соединённые с вертикальными стенками и нижними полками поперечных промежуточных балок и с настилом пола. Такое отличие от прототипа даёт основание утверждать о соответствии предлагаемого технического решения критерию патентоспособности полезной модели – «новизна».
Предлагаемая полезная модель поясняется графическим материалом, где на фиг. 1 показан вид снизу рамы кузова полувагона; на фиг. 2 – сечение А-А фиг. 1; фиг. 3 – промежуточная балка, изометрическая проекция, вид снизу.
Рама кузова полувагона (фиг. 1 и фиг. 2) включает включающая хребтовую балку 1 и поперечные промежуточные балки 2, накрытые настилом пола 3. Хребтовая балка 1 включает вертикальные стенки 1.1, верхнюю полку 1.2 и нижние полки.1.3. Каждая поперечная промежуточная балка 2 содержит вертикальные стенки 2.1, расположенные по сторонам хребтовой балки 1, диафрагму 2.2, расположенную внутри профиля хребтовой балки 1, и нижнюю полку 2.3, установленную под хребтовой балкой 1.
Технический результат, который заключается в снижении металлоёмкости при обеспечении прочности поперечных промежуточных балок рамы кузова полувагона, достигается следующим образом.
В каждой поперечной промежуточной балке 2 вертикальные стенки 2.1 жёстко соединены с настилом пола 3 и с нижней полкой 2.3, нижняя полка 2.3 содержит горизонтальный участок 2.3.1, установленный под хребтовой балкой 1, и наклонные участки 2.3.2, расположенные по сторонам горизонтального участка 2.3.1, при этом горизонтальный участок 2.3.1 выполнен при соотношении:
1
1
10 мм + b < n < 200 мм + b,
где: n – длина горизонтального участка 2.3.1 нижней полки 2.3, мм;
1
b – ширина хребтовой балки 1 по кромкам её нижних полок 1.3, мм;
Такое выполнение поперечных промежуточных балок 2 является наиболее рациональным по массовым характеристикам, выбранным из условия прочности конструкции рамы кузова полувагона в целом. При снижении металлоёмкости путем исключения наличия верхних полок поперечных промежуточных балок 2, прочность рамы кузова полувагона в целом, определяемая в том числе и нагрузкой от падающей массы груза в форме глыбы, обеспечивается настилом пола 3, вертикальными стенками 2.1 и нижними полками 2.3 поперечных промежуточных балок 2. Так функции отсутствующих верхних полок поперечных промежуточных балок 2, выполняет настил пола 3, а необходимые жёсткость и устойчивость компенсируют нижние полки 2.3 поперечных промежуточных балок 2.
Указанное соотношение обусловлено конструктивной необходимостью наличия горизонтального участка 2.3.1 в месте соединения нижней полки 2.3 каждой поперечной промежуточной балки 2 с хребтовой балкой 1. При выполнении нижней полки 2.3 поперечной промежуточной балки 2 с горизонтальным участком 2.3.1 длиной n, равной или с превышением левого крайнего значения указанного соотношения, не обеспечивается достижение снижения металлоёмкости и не обеспечивается прочность сборки поперечной промежуточной балки 2. Выполнение нижней полки 2.3 поперечной промежуточной балки 2 с горизонтальным участком 2.3.1 длиной n, равной или с превышением правого крайнего значения соотношения, приведёт к завышению металлоёмкости, т.к. при увеличении длины n горизонтального участка 2.3.2 увеличится площадь вертикальной стенки 2.1 поперечной промежуточной балки 2.
2
2
2
Нижняя полка 2.3 поперечной промежуточной балки 2 выполнена шириной b в диапазоне размеров от 100 до 400 мм. Выполнение нижней полки 2.3 шириной bменее 100 мм при большем снижении металлоёмкости не обеспечит устойчивость и прочность поперечной промежуточной балки 2. Выполнение нижней полки 2.3 шириной bболее 400 мм не обеспечит большей устойчивости и прочности поперечной промежуточной балки 2, и приведёт к необоснованно высокой металлоёмкости поперечной промежуточной балки 2.
Нижняя полка 2.3 поперечной промежуточной балки 2 может быть выполнена с наклонными участками 2.3.2 с углом φ наклона в соотношении размеров от 15 до 65°. При выполнении наклонных участков 2.3.2 нижней полки 2.3 с углом φ наклона к горизонту менее 15° обеспечивается исполнение поперечной промежуточной балки 2 с завышением металлоёмкости, т.к. при уменьшении угла φ наклона к горизонту увеличится площадь вертикальной стенки 2.1 поперечной промежуточной балки 2. Выполнение наклонных участков 2.3.2 нижней полки 2.3 с углом φ наклона к горизонту равным или превышающим 65° не обеспечит жёсткость и прочность поперечных промежуточных балок 2 и заделки стойки 6 боковой стены (не показано) при достижении снижения металлоёмкости.
Вертикальные стенки 2.1 поперечных промежуточных балок 2 выполнены толщиной в диапазоне размеров от 6 до 16 мм. Выбор толщин вертикальных стенок 2.1 и нижних полок 2.3 поперечных промежуточных балок 2 выбирается расчётом на прочность. Выполнение вертикальных стенок 2.1 толщиной менее 6 мм обеспечит снижение металлоёмкости конструкции поперечных промежуточных балок 2, но не обеспечит их прочность, а выполнение вертикальных стенок 2.1 более 16мм не обеспечит снижение металлоёмкости поперечных промежуточных балок 2. Выполнение нижних полок 2.3 менее 6 мм обеспечит снижение металлоёмкости конструкции поперечных промежуточных балок 2, но не обеспечит их прочность, а выполнение нижних полок 2.3 более 16мм не обеспечит снижение металлоёмкости поперечных промежуточных балок 2.
Для усиления крайних частей поперечных промежуточных балок 2 установлены рёбра жёсткости 2.4, соединенные с вертикальными стенами 2.1, верхней поверхностью нижней полки 2.3 и нижней поверхностью настила пола 3. Указанные рёбра жёсткости 2.4 обеспечивают упрочнение конструкции поперечных промежуточных балок 2 без существенного увеличения их металлоёмкости.
Работает полезная модель следующим образом.
Раму кузова полувагона собирают из хребтовой балки 1, и закрепленных на ней двух концевых балок 4, двух шкворневых балок 5 и четырех поперечных промежуточных балок 2. Хребтовая балка 1 включает вертикальные стенки 1.1, верхнюю полку 1.2 и нижние полки.1.3. Каждая поперечная промежуточная балка 2 включает вертикальную стенку 2.1, выполненную из двух листов переменной высоты. Между вертикальными стенками 1.1 хребтовой балки 1 в месте присоединения к ней вертикальных стенок 2.1 поперечной промежуточной балки 2 устанавливают диафрагму 2.2 в продольной вертикальной плоскости симметрии каждой поперечной промежуточной балки 2. Нижнюю полку 2.3 поперечной промежуточной балки 2 выполняют из листа или полосы с горизонтальным участком 2.3.1 длиной n и с наклонными участками 2.3.2 гибкой листа или полосы на угол φ наклона к горизонту, затем устанавливают под нижними полками 1.3 хребтовой балки 1. В каждой поперечной промежуточной балке 2 вертикальные стенки 2.1 жёстко соединены с настилом пола 3. Листы настила пола 3 продольными кромками соединяются внахлест с верхними полками 1.2 хребтовой балки 1, поперечными кромками соединяются встык друг с другом (не показано), а с кромками вертикальных стенок 2.1 поперечных промежуточных балок 2 соединяются встык. На концах поперечных промежуточных балок 2 установлены рёбра жёсткости 2.4, соединённые с вертикальными стенками 2.1, нижней полкой 2.3 и настилом пола 3. Геометрические размеры вертикальных стенок 2.1 и нижней полки 2.3 каждой поперечной промежуточной балки 2 выбраны из условия прочности конструкции рамы кузова полувагона в целом, и обусловлены рациональностью по массовым характеристикам. Таким образом при исключении верхних горизонтальных полок поперечных промежуточных балок 2, заявляемые соотношения исполнения заявляемой полезной модели снижают металлоёмкость и обеспечивают прочность поперечных промежуточных балок 2 рамы кузова полувагона и рамы кузова полувагона в целом.