ВАГОН ДЛЯ ПЕРЕВОЗКИ ТЯЖЕЛОВЕСНЫХ ГРУЗОВ

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, к подвижному составу, а именно к грузовым вагонам.
3
3
Здесь и далее под тяжеловесными грузами понимаются грузы из материалов, обладающих удельными весами у порядка 5-10 Т/м. Если при перевозке в обычных грузовых вагонах, например, древесины, у которой в зависимости от пород и влажности у колеблется в пределах от 0,5 до 1 Т/м, коэффициент заполнения тары обычно близок к единице, то при погрузке металла (прокат, слябы, блюмсы, чушковый чугун), железобетона (блоки, плиты, панели) и других тяжеловесных материалов резерв грузоподъемности тех же вагонов оказывается полностью исчерпанным при заполнении их полезной емкости тары на 30-40%. Известно, что всякое снижение коэффициента использования емкости тары повышает потребность в подвижном составе. Длина поезда, состоящего из полупустых вагонов, увеличивается, а вместе с ней возрастают и сила тяги, и энергозатраты. Все это отрицательно сказывается на себестоимости тонно-километра перевезенных грузов, а в конечном счете на экономических показателях перевозочного процесса.
Известна конструкция грузового вагона в виде железнодорожной платформы (RU №2283789, В61Д 3/00, 2006 г.), содержащая ходовые тележки со шкворнями, установленными в надрессорных балках и раму кузова, опирающуюся на эти тележки поперечными балками с шкворневыми отверстиями и снабженную по периметру кузова вертикальными стойками, позволяющими использовать для размещения грузов практически все пространство в пределах габаритов подвижного состава. Однако расчеты показывают, что при заполнении всего этого пространства массивными стальными колесами общий вес груза в 3-4 раза превысит грузоподъемность платформы и допустимые нагрузки, передаваемые на рельсы и подрельсовое основание. Таким образом, недостатком конструкции является то, что она предназначена для перевозки только тяжеловесных грузов, но именно при этих грузах ее полезное грузовое пространство может быть задействовано менее, чем на половину, что свидетельствует о крайне низкой эффективности конструкции.
Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению является конструкция вагона для перевозки тяжеловесных грузов (RU №65844, В61Д 3//00, 2007 г.), содержащая три ходовые тележки со шкворнями, установленными в подпятниках надрессорных балок и раму кузова, опирающуюся на эти тележки поперечными балками со шкворневыми отверстиями, выполненными в крайних балках круглого сечения, а в средней - в виде паза, вытянутого вдоль главной оси поперечной балки. Дополнительная ходовая тележка обеспечивает повышение грузоподъемности и коэффициента использования грузового пространства вагона.
Недостаток конструкции заключается в высокой вероятности отказа в работе его средней тележки при вписывании вагона в кривые малых радиусов. Во время движения поезда шкворень средней тележки постоянно прижат к одной из сторон паза, так как через него передается сила тяги от вагона на тележку. В точке взаимодействия шкворня со стороной паза возникают силы трения, которые сопротивляются поперечному перемещению шкворня внутри паза, и может произойти заклинивание средней тележки в кривой. Это вызовет либо распор колеи, либо набегание гребней колес на головки рельсов и сход с рельсов вагона, либо срез шкворня. Для частичного или полного устранения вероятности такого заклинивания необходимо, чтобы шкворень не скользил, а свободно катился по стенке паза. Однако существующие конструкции крепления шкворня не обеспечивают такого эффекта. Они рассчитаны на поворот тележек относительно кузова вагона только в ограниченных пределах на небольшие углы.
В работе над изобретением решалась задача: повышение надежности в работе вагонов для перевозки тяжеловесных грузов за счет установки шкворня средней тележки с возможностью его качения по кромке паза поперечной балки. Технический результат достигается тем, что в вагоне для перевозки тяжеловесных грузов, содержащем три ходовые тележки со шкворнями, установленными в подпятниках надрессорных балок и раму кузова, опирающуюся на эти тележки поперечными балками со шкворневыми отверстиями, выполненными в крайних балках круглого сечения, а в средней - в виде паза, вытянутого вдоль главной оси поперечной балки, шкворень средней тележки установлен с возможностью качения в горизонтальной плоскости по кромке паза поперечной балки и снабжен подшипниковым узлом, выполненным в подпятнике средней тележки и обеспечивающим минимизацию сил сопротивления этому качению.
Суть технического решения поясняется с помощью чертежей, на которых показаны:
Фиг.1. Общий вид вагона для перевозки тяжеловесных грузов;
Фиг.2. Рама кузова вагона в плане и положение относительно нее ходовых тележек в кривой;
Фиг.3. Надрессорная балка средней ходовой тележки.
Вагон для перевозки тяжеловесных грузов содержит три ходовые тележки 1, 2, 3 со шкворнями 4 и раму 5 кузова 6, опирающуюся на эти тележки 1-3 поперечными балками 7, 8, 9 со шкворневыми отверстиями 10, 11, 12. В крайних балках 7 и 9 эти отверстия 10 и 12 выполнены круглого сечения, а в средней балке 8 - в виде продолговатого паза 11, вытянутого вдоль главной оси 13 поперечной балки 8. Шкворень 4 средней тележки 2 снабжен подшипниковым узлом 14, установленным в надрессорной балке 15 этой тележки 2. Как показано на Фиг.3 внутри надрессорной балки 15 традиционной конструкции вполне достаточно места, которое в ней никак не используется. Поэтому возможность осуществления предлагаемого решения не может вызывать сомнений.
Устройство работает следующим образом.
Как видно из Фиг.2, при проходе по кривой тележки 1 и 3 поворачиваются вокруг своих шкворней 4 на сравнительно небольшой угол φ относительно главной продольной оси ОО симметрии вагона. Традиционные конструкции узла крепления шкворня обеспечивают возможность поворота тележек 1 и 3 в таких незначительных пределах. Но средняя тележка 2 трехтележечного экипажа работает в особых условиях. В кривых участках пути она должна совершать не только поворотные, но и поступательные движения δ поперек пути то влево, то вправо в зависимости от направления кривой. И в этом поступательном движении участвует ее шкворень 4. Поскольку тяговое усилие от рамы 5 кузова 6 передается на тележку 2 через этот шкворень 4, то последний перемещается внутри паза 11, плотно прижавшись к одной из кромок паза 11, испытывая существенное сопротивлению сил трения шкворня 4 о кромку паза 11. Если эти силы в процессе движения вагона не будут преодолены, возникает отказ в работе конструкции в виде среза шкворня 4, распора колесами рельсовой колеи либо просто остановки поезда, если в его составе будут находиться не одни, а несколько вагонов такой конструкции и все они окажутся в пределах кривой. Чтобы исключить всякую возможность возникновения такой ситуации, необходимо свести к минимуму силы трения, оказывающие сопротивление перемещению шкворня 4 в пазу 11. Применение узла 14 роликовых или шариковых подшипников гарантирует беспрепятственное качение шкворня по кромке паза 11 и позволяет избавиться от существенной составляющей сил, угрожающих заклиниванием вагона в кривых участках пути.
Нам не известно технических решений, в которых подшипниковый узел используется не просто для поворота шкворня 4 на сугубо ограниченный угол φ, но и для его поступательного движения в пазу 11 методом качения по кромке этого паза 11.