НАДРЕССОРНАЯ БАЛКА ТЕЛЕЖКИ ГРУЗОВОГО ВАГОНА

Полезная модель относится к подвижному составу железнодорожного транспорта и может быть использована в конструкциях надрессорной балки для тележек грузовых вагонов.
Из авторского свидетельства СССР № 1220990 известна надрессорная балка тележки железнодорожного грузового вагона, включающая верхний пояс, нижний пояс с внутренними продольными ребрами и вертикальные боковые стенки. В данном техническом решении, с целью повышения надежности путем стабилизации запаса усталостной прочности и повышения долговечности, продольные ребра нижнего пояса расположены в вертикальных плоскостях, причем отношения их высот к номинальной толщине нижнего пояса составляет 1,3-1,4. Недостатком изобретения по АС СССР № 1220990 является низкая несущая способность надрессорной балки из-за высоких в ней изгибных напряжений.
max
max
Недостатки изобретения по АС СССР № 1220990 устранялись полезной моделью по патенту РФ № 196818, из которого известна надрессорная балка тележки железнодорожного грузового вагона, содержащая верхний пояс, нижний пояс с внутренними продольными ребрами высотой N и вертикальные боковые стенки, при этом внутренние продольные ребра в центральной горизонтальной части нижнего пояса выполнены с увеличением высоты N в направлении к вертикальной поперечной оси надрессорной балки до высоты N, при этом отношение суммы высоты N внутренних продольных ребер и толщины S нижнего пояса в своей центральной горизонтальной части к высоте Н центрального вертикального поперечного сечения надрессорной балки составляет от 0,15 до 0,3, а вертикальные боковые стенки в зоне центрального вертикального поперечного сечения надрессорной балки имеют отверстия шириной В, выполненной в диапазоне от 155 до 165 мм, и высотой С, выполненной в соотношении:
С=Н-(K+L),
где Н - высота центрального вертикального поперечного сечения надрессорной балки, мм;
K - расстояние от нижнего внешнего контура нижнего пояса центрального поперечного сечения надрессорной балки до нижнего контура отверстия вертикальных боковых стенок в зоне центрального вертикального поперечного сечения надрессорной балки, мм;
L - расстояние от верхнего внешнего контура верхнего пояса центрального вертикального поперечного сечения надрессорной балки до верхнего контура отверстия вертикальных боковых стенок в зоне центрального вертикального поперечного сечения надрессорной балки, мм, при этом K≥0,3 Н и L≥0,2 Н.
Толщина S нижнего пояса в своей центральной горизонтальной части выполнена в диапазоне размеров от 25 до 35 мм.
Техническим результатом полезной модели по патенту № 196818 является увеличение несущей способности надрессорной балки тележки железнодорожного грузового вагона при сохранении ее массы.
Недостатком надрессорной балки по патенту № 196818 является ее недостаточная надежность, вызванная неравномерными механическими напряжениями, вызывающими местные напряженности, обусловленные неоптимальным подбором геометрических параметров толщин нижнего пояса балки надрессорной тележки грузового вагона.
Надрессорная балка по патенту № 196818 выбрана в качестве наиболее близкого аналога.
Техническая проблема, решаемая предлагаемой полезной моделью, – разработка надежной конструкции надрессорной балки, в которой устранены недостатки известных аналогов.
Технический результат – повышение надежности надрессорной балки, снижение металлоемкости.
Заявляемый технический результат достигается тем, что в надрессорной балке тележки грузового вагона, содержащей верхний пояс, выполненный в виде стенки, несущей подпятник, плоские опорные площадки для боковых опор, нижний пояс, выполненный в нижней части надрессорной балки, верхний и нижний пояса соединены боковыми стенками, нижний пояс содержит центральный участок, расположенный под подпятником, концевые горизонтальные участки, а также наклонные участки, соединяющие центральный и концевые участки, толщина стенки центрального участка составляет от 35 до 25 мм, согласно полезной модели, все участки плавно сопряжены между собой, при этом толщина стенок наклонных участков на 1-5 мм меньше толщины стенки центрального участка, толщина стенок концевых горизонтальных участков у края надрессорной балки составляет не менее 15 мм, стенки концевых горизонтальных участков выполнены с равномерным увеличением толщины, при этом в месте сопряжения концевых участков с наклонными участками, а также в месте сопряжения наклонных участков с центральным участком толщины стенок сопрягаемых участков равны между собой.
Центральный участок может быть выполнен горизонтальным.
Сопряжение центрального участка с наклонными участками, а также сопряжение наклонных участков с концевыми горизонтальными участками выполнено радиусным, при этом радиус сопряжения указанных участков составляет не менее 90 мм.
Наклонные участки могут быть выполнены с плавным уменьшением толщины от центрального участка к концевым горизонтальным участкам.
Заявляемая полезная модель поясняется чертежом.
На фигуре изображен вид спереди балки надрессорной с продольным вертикальным сечением нижней части надрессорной балки.
Позиции на фигуре:
1 – верхний пояс надрессорной балки;
2 – подпятник;
3 – опорные площадки для боковых опор;
4 – нижний пояс надрессорной балки;
5 – центральный участок нижнего пояса;
6 - концевые горизонтальные участки;
7 – наклонные участки.
Заявляемая надрессорная балка содержит верхний пояс 1, выполненный в виде стенки, несущей подпятник 2, плоские опорные площадки 3 для боковых опор, нижний пояс 4, выполненный в нижней части надрессорной балки. Верхний 1 и нижний 4 пояса соединены боковыми стенками (на фигуре не показаны). Нижний пояс 4 содержит центральный участок 5, расположенный под подпятником 2; концевые горизонтальные участки 6, а также наклонные участки 7, соединяющие центральный 5 и концевые участки 6. Все участки 5,6,7 плавно сопряжены между собой, при этом толщина стенки центрального участка 5 составляет от 35 до 25 мм, толщина стенок наклонных участков 7 на 1-5 мм меньше толщины стенки центрального участка 5, толщина стенок концевых горизонтальных участков 6 у края надрессорной балки составляет не менее 15 мм. Стенки концевых горизонтальных участков 6 выполнены с равномерным увеличением толщины, при этом в месте сопряжения концевых участков 6 с наклонными участками 7 толщины стенок указанных участков равны между собой. Центральный участок 5 выполнен горизонтальным, что определяется равномерным характером нагрузок, воздействующих на центральный участок  5 от подпятника 2. Сопряжение центрального участка 5 с наклонными участками 7, а также сопряжение наклонных участков 7  с концевыми горизонтальными участками 6 выполнено радиусным, при этом радиус сопряжения указанных участков составляет не менее 90 мм. Наклонные участки 7 выполнены с плавным уменьшением толщины от центрального участка 5 к концевым горизонтальным участкам 6.
Надрессорная балка работает в условиях существенных нагрузок, при этом самой нагруженной частью нижнего пояса 4 является его центральный участок 5, расположенный под подпятником 2, непосредственно воспринимающим нагрузку от кузова вагона. Следовательно, толщина стенки центрального участка нижнего пояса надрессорной балки должна быть максимальной. В заявляемой полезной модели толщина центрального участка, как в наиболее близком аналоге, составляет от 25 до 35 мм.
Концевые горизонтальные участки 6 надрессорной балки воспринимают меньшие нагрузки, чем центральный участок 5, поэтому они выполнены с меньшей толщиной стенок, которая определена расчетным путем исходя из нагрузок на концевые участки 6 надрессорной балки. Толщина стенок концевых горизонтальных участков 6 у края надрессорной балки составляет не менее 15 мм, при этом толщина стенок концевых горизонтальных участков 6 равномерно (плавно) увеличивается до места их сопряжения с наклонными участками 7.
Выполнение стенок концевых участков 6 у края надрессорной балки менее 15 мм не будет обеспечивать надлежащую прочность концевых участков. Выполнение стенок концевых горизонтальных участков 6 с равномерным утолщением к месту их сопряжения с наклонными участками 7 в полной мере соответствует характеру нагрузок (напряжений) на концевые участки 6, что будет способствовать более равномерному распределению напряжений в концевых участках надрессорной балки.
Наклонные участки 7 работают в условиях нагрузок, являющихся промежуточными по значению между нагрузками на центральный участок 5 и на концевые участки 7, поэтому толщина стенок наклонных участков 7 составляет на 1-5 мм меньше, чем толщина стенки центрального участка.
В месте сопряжения концевых участков 6 с наклонными участками 7, а также в месте сопряжения наклонных участков 7 с центральным участком 5 толщины стенок сопрягаемых участков равны между собой.
Указанные выше геометрические параметры участков нижнего пояса надрессорной балки позволяют выровнять напряжения на нижний пояс надрессорной балки в соответствии с действующими на каждый участок нагрузками. Что существенно снизит вероятность возникновения местных напряжений, возникающих из-за несоответствия (непропорциональности) геометрических параметров стенок нижнего пояса надрессорной балки характеру нагрузок, воспринимаемым каждым участком нижнего пояса надрессорной балки.
Для снижения напряжений в местах сопряжения участков их сопряжение выполнено радиусным. При этом при значении радиуса 90 мм и более обеспечивается необходимая плавность перехода от одного участка к другому.
При значении радиуса менее 90 мм переход от одного участка к другому будет недостаточно плавным, в результате в местах сопряжения участков будут иметь место повышенные напряженности.
Для еще более равномерного распределения напряжений на нижний пояс надрессорной балки целесообразно выполнить наклонные участки 7 с плавным уменьшением толщины от центрального участка 5 к концевым горизонтальным участкам 6, что в полной мере соответствует характеру нагрузок на наклонные участки и будет способствовать еще большему выравниванию напряжений на нижним поясе надрессорной балки.
Выравнивание напряжений, возникающих в надрессорной балке, необходимо для того, чтобы повысить ее надежность, определяемую таким фактором, как усталостные напряжения. Обеспечение равномерного распределения напряжений по надрессорной балке исключит вероятность ее деформации (в местах, где усталостная прочность ниже), а в итоге – обеспечит надежное функционирование надрессорной балки в течение срока ее эксплуатации.
Выполнение стенок нижнего пояса на всех участках одинаковой толщины, во-первых, ведет к излишней металлоемкости надрессорной балки, ее повышенному весу (не обусловленному функциональными требованиями); а во-вторых, снижает надежность надрессорной балки из-за неравномерного распределения напряжений, обусловливающих различную усталостную прочность на разных участках надрессорной балки.