БОКОВАЯ РАМА ТЕЛЕЖКИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ВАГОНА

Полезная модель относится к подвижному составу железнодорожного транспорта, конкретно к конструкции боковой рамы для двухосных трехэлементных тележек грузовых вагонов.
В эксплуатируемых двухосных тележках модели 18-100 грузовых вагонов (Вагоны / Под ред. Л.А. Шадура. - М.: Транспорт, 1980. - 439 с.) и ее аналогах боковая рама выполнена в виде стальной отливки, в средней части которой расположен рессорный проем, образованный верхним поясом, нижним горизонтальным поясом и двумя вертикальными колонками, на которых имеются упоры для ограничения поперечного перемещения фрикционных клиньев. В нижней части рессорного проема выполнена опорная поверхность для размещения рессорного комплекта, на которой отлиты бонки для установки и ограничители от смещения пружин. Сечения наклонных поясов и вертикальных колонок имеют корытообразную форму с некоторым загибом внутрь концов полок, а нижний и верхний пояса имеют в сечении коробчатую форму. На концах боковой рамы расположены челюстные проемы с наружными и внутренними челюстными направляющими.
Одним из основных направлений в совершенствовании конструкции литых боковых рам является повышение прочности и коэффициента запаса сопротивления усталости введением местных утолщений для создания условий направленного затвердевания отливок с целью снижения числа внутренних дефектов, введением дополнительных ребер и изменением профиля сечения элементов конструкции. Это относится в первую очередь к наиболее нагруженным местам боковых рам - ближним углам челюстных проемов и углам переходов от опорной поверхности к вертикальным колонкам.
Известна боковая рама тележки грузового вагона, содержащая верхний пояс замкнутого сечения с опорными поверхностями для буксы и консолями, образующими боковые проемы, нижний пояс замкнутого сечения с опорной площадкой для рессорного комплекта, два наклонных пояса замкнутого сечения, связывающих верхний и нижний пояса, центральный рессорный проем, причем сечения рамы в местах радиусных переходов нижнего и наклонного поясов и опорных поверхностей для буксы имеют W-образную форму, вершина ее центральной части направлена внутрь рамы, не выходя за ее габариты RU 2393968, B61F 5/52, 10.07.2010).
Известна боковая рама трехэлементной тележки грузового вагона, выполненная в виде стальной отливки или сварной конструкции, в которой между верхней и нижней полками нижнего пояса в зоне расположения двухрядных подклиновых пружин установлены дополнительные элементы жесткости в виде ребра или в форме колонн (RU 65006, B61F 3/02, 27.07.2007).
Известна боковая рама тележки грузового вагона, выполненная в виде стальной отливки, включающей верхний и нижний горизонтальные пояса, соединенные между собой вертикальными колонками, образующими совместно с горизонтальными поясами рессорный проем, в нижней части которого расположена опорная поверхность с бонками для установки пружин и ограничителями от смещения пружин, наклонных поясов, сопряженных с нижним поясом и горизонтальными опорными участками челюстных проемов, имеющих наружные и внутренние опорные упоры, опорные поверхности челюстных проемов выполнены с двумя рядами отверстий на выступающих за вертикальные стенки полках, наружные и внутренние направляющие челюстных проемов в нижней части имеют горизонтальные полки с отверстиями, во внутренних стенках прямоугольное отверстие и открытое сечение с наружной стороны, в середине вертикальных стенок горизонтального пояса выполнены отверстия над внутренним и наружным углами челюстного проема, на нижней полке нижнего горизонтального пояса между вертикальными стенками выполнены утолщения в виде секторов цилиндра с образующей поперек боковой рамы (RU 115315, B61F 5/52, 27.04.2012).
Общим недостатком упомянутых технических решений является сложная литейная технология изготовления стержней, выполняющих внутренние стенки и ребра жесткости нижнего пояса. Кроме того, ребра жесткости в местах соединения с горизонтальной стенкой нижнего пояса образуют термические узлы, создающие условия для формирования дефектов усадочного происхождения.
Известна боковая рама тележки грузового вагона, содержащая верхний и нижний пояса, которые связаны двумя наклонными поясами, в зоне соединения нижнего пояса с каждым наклонным поясом выполнены ребра, симметрично относительно центральной плоскости рамы в зонах схождения ребер образованы создающие условия для направленной кристаллизации выступы, объединяющие ребра и сопряженные с их боковыми поверхностями, не выступающие в центральный рессорный проем (RU 2294855, B61F 5/52, 10.03.2007).
Недостатком этой боковой рамы является низкая надежность из-за невозможности удаления выступов без повреждения геометрии отливки в случае проникновения в нее усадочной раковины при недостаточной работе устанавливаемых сверху прибылей.
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели является конструкция боковой рамы тележки железнодорожного вагона, включающая рессорный проем для рессорного комплекта, образованный верхним поясом с консольными частями, образующими внешние челюсти, нижним поясом замкнутого сечения с опорной площадкой для рессорного комплекта и вертикальными стенками с площадкой для крепления фрикционной планки, соединяющими верхний пояс и нижний пояс, буксовые проемы для буксовых узлов колесных пар, образованные внешними челюстями, опорными поверхностями верхнего пояса, а также внутренними челюстями, соединенными с наклонными поясами, при этом вертикальные стенки рессорного проема для рессорного комплекта, наклонные пояса и верхний пояс образуют симметрично расположенные относительно поперечной оси рамы отверстия, имеющие треугольную форму, при этом в нижних углах рессорного проема для рессорного комплекта имеются буртики для фиксации положения подклиновых пружин рессорного комплекта, не сопряженные с радиусом перехода опорной площадки в вертикальные стенки, а также мастные приливы металла, в консольной части внутри верхнего пояса в месте его перехода в наружную челюсть выполнен первый прилив металла, со стороны отверстия на вертикальной стенке рессорного проема для рессорного комплекта выполнены местные утолщения металла, между местными утолщениями металла выполнена перемычка, со стороны отверстия на площадке для крепления фрикционной планки выполнен второй прилив металла (RU 105871, B61F 5/00, 27.06.2011).
Недостатком данной конструкции является низкая технологичность из-за сложности организации питания отливки в зонах радиусных переходов горизонтальных стенок буксовых проемов к внутренним клыкам, а также в зонах переходов опорной площадки рессорного проема к вертикальным стенкам, и низкая надежность из-за высокой концентрации эквивалентных напряжений в указанных зонах.
Задачей заявляемой полезной модели является разработка конструкции боковой рамы железнодорожного вагона технологичной в изготовлении и надежной в эксплуатации.
Техническим результатом, на достижение которого направлена полезная модель, является повышение надежности боковой рамы за счет повышения прочности нижней части рессорного проема без внесения снижающих технологичность дополнительных элементов в конструкцию нижнего пояса, а также снижение вероятности формирования усадочных дефектов в зонах внутренних углов челюстных проемов и в нижних углах рессорного проема.
Технический результат достигается тем, что в боковой раме тележки железнодорожного вагона, содержащей рессорный проем для рессорного комплекта, образованный верхним поясом с консольными частями, образующими внешние челюсти, нижним поясом замкнутого сечения с опорной площадкой для рессорного комплекта и вертикальными стенками с площадкой для крепления фрикционной планки, соединяющими верхний пояс и нижний пояс, буксовые проемы для буксовых узлов колесных пар, образованные внешними челюстями, опорными поверхностями верхнего пояса, а также внутренними челюстями, соединенными с наклонными поясами, при этом вертикальные стенки рессорного проема для рессорного комплекта, наклонные пояса и верхний пояс образуют симметрично расположенные относительно поперечной оси рамы отверстия, имеющие треугольную форму, при этом в нижних углах рессорного проема для рессорного комплекта имеются буртики для фиксации положения подклиновых пружин рессорного комплекта, не сопряженные с радиусом перехода опорной площадки в вертикальные стенки, первые и вторые приливы металла, первые приливы выполнены на боковой стенке внешней стороны боковой рамы, вторые приливы металла выполнены в зонах внутренних углов челюстных проемов, а толщина вертикальных стенок нижнего пояса в 1,5-2 раза больше толщины нижней горизонтальной стенки с плавным переходом до номинальных толщин стенок наклонных поясов от пересечения нижнего пояса с осями вертикальных стенок рессорного проема.
Вторые приливы металла выполнены в форме секторов цилиндров с образующей поперек боковой рамы, радиусом 40-60 мм, с центром в вершине угла челюстного проема, с основаниями на боковых стенках и высотой в 1,5-2 раза больше толщины боковой стенки.
Первые приливы металла выполнены в форме цилиндров, вписанных в переходы между ребрами в зонах сочленения наклонных поясов с вертикальными колонками, при этом высота цилиндров ограничена максимальной высотой ребер, расположенных на боковых стенках наклонных поясов.
Все размеры определены расчетно-опытным путем.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен главный вид боковой рамы с вырезом 1/4 по продольной вертикальной и поперечной осям; на фиг. 2 представлено сечение боковой рамы по линии A-A.
Боковая рама представляет собой отливку, которая содержит рессорный проем 1 для рессорного комплекта, образованный верхним поясом 2 с консольными частями, образующими внешние челюсти 3, нижним поясом 4 замкнутого сечения с опорной площадкой 5 для рессорного комплекта и вертикальными стенками 6 с площадкой 7 для крепления фрикционной планки, соединяющими верхний пояс 2 и нижний пояс 4, буксовые проемы 8 для буксовых узлов колесных пар, образованные внешними челюстями 3, опорными поверхностями 9 верхнего пояса 2, а также внутренними челюстями 10, соединенными с наклонными поясами 11. При этом вертикальные стенки 6 рессорного проема 1 для рессорного комплекта, наклонные пояса 11 и верхний пояс 2 образуют симметрично расположенные относительно поперечной рамы отверстия 12, имеющие треугольную форму, а в нижних углах рессорного проема 1 для рессорного комплекта имеются буртики 13 для фиксации положения подклиновых пружин рессорного комплекта, не сопряженные с радиусом перехода опорной площадки 5 в вертикальные стенки 6. Боковая рама содержит первые приливы металла 14, выполненные на боковой стенке внешней стороны боковой рамы.
Толщина вертикальных стенок 15 (фиг. 2) нижнего пояса 4 в 1,5-2 раза больше толщины нижней горизонтальной стенки 16 с плавным переходом до номинальных толщин стенок наклонных поясов 11 от пересечения нижнего пояса 4 с осями вертикальных стенок 6 рессорного проема 1.
Это увеличивает жесткость нижнего пояса 4, снижая значения эквивалентных напряжений в углах переходов опорной поверхности рессорного подвешивания к вертикальным колонкам без дополнительных внутренних ребер, создающих термические узлы в зоне обязательного неразрушающего контроля и увеличивающих вероятность формирования усадочных дефектов. Заявляемая конструкция нижнего пояса 4 исключает условия для формирования усадочных дефектов в углах переходов вертикальных стенок 15 к горизонтальной 16.
В зонах внутренних углов челюстных проемов, образованных стенками опорных поверхностей 9 и внутренними челюстями 10, выполнены вторые приливы металла 17 (фиг. 1) в форме секторов цилиндров с образующей поперек боковой рамы радиусом 40-60 мм, с центром в вершине угла, с основаниями на боковых стенках 18 и высотой в 1,5-2 раза больше толщины боковой стенки 18. Приливы металла 17 создают условия для направленного затвердевания и исключения усадочных дефектов в зонах обязательного неразрушающего контроля.
Первые приливы металла 14 (фиг. 1) на стенке внешней стороны боковой рамы выполнены в форме цилиндров, вписанных в переходы между ребрами в зонах сочленения наклонных поясов 11 с вертикальными стенками 6 рессорного проема 1, при этом высота цилиндров ограничена максимальной высотой ребер, расположенных на боковых стенках наклонных поясов 11. Заявляемые приливы 14 выполняют функции шеек прибылей, обеспечивающих питание термических узлов, образованных опорной площадкой 5 рессорного подвешивания и вертикальными стенками 6 рессорного проема 1. Расположение приливов 14 дополнительно обеспечивает возможность их удаления, при необходимости, без повреждения геометрии отливок.
Увеличение толщины вертикальных стенок нижнего пояса в заявляемых пределах повышает жесткость нижнего пояса и уменьшает концентрации эквивалентных напряжений в зонах переходов опорной площадки рессорного проема к вертикальным стенкам. При этом максимальные значения эквивалентных напряжений, полученные расчетным путем, приблизительно в 1,5 раза ниже допустимых, что подтверждает достижение поставленной цели.