Вагон-хоппер
HOPPER CAR

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, в частности к конструкции крытого вагона-хоппера, предназначенного для перевозки сыпучих грузов.
Из уровня техники известен вагон-хоппер, содержащий кузов, состоящий из рамы, боковых и торцевых стен, изготовленных из алюминиевого сплава, соединенных с рамой, изготовленной из стали, при этом крепление элементов, изготовленных из алюминиевого сплава, и элементов, изготовленной из стали, выполнено посредством штифтов с обжимной головкой (или сокращенно ШтОГ-соединений) (Конюхов А.Д. и др. Свойства применения механических соединений типа штифт с обжимной головкой для грузовых вагонов из алюминиевого сплава марки 1565ч, Вестник ВНИИЖТ, 2014 №3).
Наиболее близким аналогом является вагон-хоппер (Патент на полезную модель RU 194871 U1 МПК B61D 7/00. МПК B61D 17/00, опубликован 30.10.2019), включающий в себя ходовые части, автосцепные устройства, стальную раму и алюминиевый кузов, состоящий из разгрузочных бункеров, боковых и торцевых стен, и крыши. В данной конструкции крепление алюминиевых элементов кузова к стальной раме выполняется по-отдельности, посредством выполнения сквозных отверстий, под крепежные элементы, через обшивку элементов кузова и ребра рамы.
Недостатком наиболее близкого аналога является недостаточная прочность и надежность крепления загрузочных бункеров к раме, неравномерность нагрузок на раму, что может привести к изменению геометрии рамы вследствие воздействия динамических нагрузок и преждевременному износу конструкции рамы.
Технической проблемой, решаемой заявляемым изобретением, является устранение недостатков наиболее близкого аналога.
Технический результат заключается в повышении срока службы вагона-хоппера за счет повышения прочности и надежности конструкции вагона-хоппера, обеспечению более равномерного распределения нагрузок на раму.
Технический результат достигается тем, что в вагоне-хоппере, содержащем ходовые части, автосцепные устройства, раму, изготовленную из стали/стального сплава, кузов, изготовленный из алюминия/алюминиевого сплава, содержащий боковые и торцевые стены, крышу кузова, разгрузочные бункеры, рама содержит боковые продольные силовые элементы, центральный продольный силовой элемент, поперечные силовые элементы, расположенные параллельно и последовательно и соединяющие боковые продольные силовые элементы рамы с центральным продольным силовым элементом рамы, разгрузочные бункеры, соединенные с нижней частью кузова вагона, расположены между боковыми продольными силовыми элементами рамы, поперечными силовыми элементами рамы и центральным силовым элементом рамы, согласно изобретения на стенках бункера, обращенных к центральному продольному силовому элементу рамы, выполнены ребра из алюминия/алюминиевого сплава, жестко соединенные со стенкой бункера посредством сварки, на центральном продольном силовом элементе рамы выполнены ответные ребра из стали/стального сплава, жестко соединенные с указанными силовыми элементами рамы посредством сварки, ребра, выполненные на стенках бункеров, обращенных к центральному продольному силовому элементу рамы, и ответные ребра, выполненные на центральном продольном силовом элементе рамы жестко соединены между собой посредством разъемного соединения, на стенках бункеров, обращенных к поперечному силовому элементу рамы выполнены из алюминия/алюминиевого сплава ребра, жестко соединенные со стенкой бункера посредством сварки, на поперечном силовом элементе рамы выполнены ответные ребра из стали/стального сплава, жестко соединенные с указанным силовым элементом рамы посредством сварки, ребра, выполненные на стенках бункеров, обращенных к поперечному силовому элементу рамы, и ответные ребра, выполненные на поперечном силовом элементе рамы жестко соединены между собой посредством разъемного соединения, при этом по всей площади контакта ребер бункера с ребрами силовых элементов рамы проложен электроизолирующий материал.
Стены кузова соединены с бункером посредством сварки.
Жесткое разъемное соединение может быть выполнено в виде болтового соединения.
Ребра, выполненные на стенках бункеров, обращенных к центральному продольному силовому элементу рамы, и ребра, выполненные на центральном продольном силовом элементе рамы могут быть выполнены с угловым поперечным сечением, обеспечивающим, с одной стороны возможность жесткого соединения, соответственно, одного ребра со стенкой бункера, другого ребра с центральным продольным силовым элементом рамы, а с другой стороны позволяющим, соединить ребра между собой.
Ребра, выполненные на стенках бункеров, обращенных к поперечному силовому элементу рамы, и ребра, выполненные на поперечном силовом элементе рамы, могут быть выполнены с угловым поперечным сечением, обеспечивающим, с одной стороны возможность жесткого соединения, соответственно, одного ребра со стенкой бункера, другого ребра с поперечным силовым элементом рамы, а с другой стороны позволяющим, соединить ребра между собой.
Электроизолирующий материал может быть выполнен из текстолита.
Электроизолирующий материал может быть выполнен из стеклотекстолита.
Электроизолирующий материал может быть выполнен из полимерного материала.
Электроизолирующий материал может быть выполнен из резины.
Силовые элементы рамы выполнены в виде балок.
Известно, что кузов вагона-хоппера, в том числе разгрузочные бункеры, изготавливают из алюминия/алюминиевого сплава, при этом раму изготавливают из стали/стального сплава.
Рама вагона-хоппера содержит боковые продольные силовые элементы (балки), центральный продольный силовой элемент (балка) и поперечные силовые элементы (балки), расположенные параллельно и последовательно, соединяющие боковые продольные силовые элементы с центральным продольным силовым элементом. Центральный продольный силовой элемент рамы установлен и закреплен вдоль центральной продольной оси рамы.
Разгрузочные бункеры, соединенные с нижней частью кузова вагона, располагаются в полости между боковыми продольными силовыми элементами рамы, поперечными силовыми элементами рамы и центральным силовым элементом рамы.
Бункер и кузов вагона соединены между собой посредством сварки. Это может быть непосредственное соединение кузова и стенки бункера в месте перехода стенки бункера в горизонтальный отгиб, или же соединение бункера с кузовом может быть осуществлено посредством уголковых профилей, размещенных внутри кузова, при этом одна сторона уголкового профиля соединена посредством сварки со стенкой кузова, а другая - со стенкой бункера. Соединение стенки кузова со стенкой бункера не имеет принципиального значения для заявляемого изобретения.
Для предотвращения снижения прочности соединения кузова вагона с рамой, которое может возникнуть ввиду сильных динамических нагрузок, непредвиденных внешних воздействий на раму и по иным причинам, осуществляют дополнительное усиление соединения рамы и кузова вагона посредством следующего.
На стенках бункера, обращенных к центральному продольному силовому элементу рамы, выполнены ребра из алюминия/алюминиевого сплава, жестко соединенные со стенкой бункера посредством сварки. Указанные ребра жестко соединены с ответным ребром, выполненным на центральном продольном силовом элементе рамы. Ответное ребро на центральном силовой элементе рамы жестко соединено с указанным силовым элементом посредством сварки и выполнено из стали/стального сплава. Ребра соединены между собой посредством жесткого разъемного соединения, например, посредством болтового соединения.
Для обеспечения возможности жесткого соединения ребер, выполненных на стенках бункера, обращенных к центральному продольному силовому элементу рамы, с ребрами, выполненными на центральном продольном силовом элементе, указанные ребра выполнены с угловым поперечным сечением, обеспечивающим, с одной стороны возможность жесткого соединения, соответственно со стенкой бункера и с центральным продольным силовым элементом рамы, а с другой стороны позволяющим, посредством выбора значения угла сгиба соединить ребра между собой в удобном месте, определенном конструкцией рамы и бункеров.
Аналогичным образом обеспечено соединение стенок бункеров, обращенных к поперечному силовому элементу рамы. На стенках бункеров, обращенных к поперечному силовому элементу рамы выполнены из алюминия/алюминиевого сплава ребра, жестко соединенные со стенкой бункера посредством сварки. На поперечном силовом элементе рамы выполнены ответные ребра из стали/стального сплава, также жестко соединенные с указанным силовым элементом рамы посредством сварки. Ребра, выполненные на стенках бункеров, обращенных к поперечному силовому элементу рамы, и ответные ребра, выполненные на поперечном силовом элементе рамы жестко соединены между собой посредством разъемного соединения, например, посредством болтового соединения.
Ребра, выполненные на стенках бункеров, обращенных к поперечному силовому элементу рамы, и ребра, выполненные на поперечном силовом элементе рамы, выполнены с угловым поперечным сечением, обеспечивающим, с одной стороны возможность жесткого соединения, соответственно со стенкой бункера и с поперечным силовым элементом рамы, а с другой стороны позволяющим, посредством выбора значения угла сгиба соединить ребра между собой в удобном месте, определенном конструкцией рамы и бункеров.
Ребра позволяют более равномерно распределить нагрузку от кузова на раму, а с другой стороны ребра могут принимать на себя дополнительную нагрузку в случае непредвиденных внешних воздействий (и возникающих вследствие этого повреждений) или высоких динамических нагрузок на раму и/или кузов, обеспечивая таким образом повышение прочности конструкции вагона-хоппера и повышение его надежности.
По всей площади контакта ребер бункера с ребрами силовых элементов рамы, проложен электроизолирующий материал, который предотвращает электрохимическую коррозию ввиду разнородности соединяемых материалов.
Электроизолирующий материал может быть выполнен из текстолита, стеклотекстолита или полимера, например, резины. Преимуществом текстолита и стеклотекстолита является их высокая механическая прочность.
Отсутствие электрохимической коррозии позволяет исключить обусловленную этим фактором причину преждевременного износа конструктивных элементов вагона-хоппера.
Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображен вагон-хоппер - виды сбоку и с торца.
На фиг. 2 изображен вид А рамы снизу.
На фиг. 3 изображено сечение Б-Б по ребру стенки бункера, обращенной к центральному продольному силовому элементу рамы, и ребру центрального продольного силового элемента рамы.
На фиг. 4 изображено сечение В-В по ребру стенки бункера, обращенной к поперечному силовому элементу рамы, и ребру поперечного силового элемента рамы.
Позиции на чертежах:
1 - ходовые части;
2 - автосцепные устройства;
3 - рама, выполненная из стали/стального сплава;
3.1 - боковой продольный силовой элемент рамы;
3.2 - центральный продольный силовой элемент рамы;
3.3 - поперечный силовой элемент рамы;
4 - боковые стенки кузова;
5 - торцевые стенки кузова;
6 - разгрузочные бункеры;
6.1 - стенка бункера, обращенная к боковому продольному силовому элементу рамы;
6.2 - стенка бункера, обращенная к поперечному силовому элементу рамы;
6.3 - стенка бункера, обращенная к центральному продольному силовому элементу рамы;
6.4 - ребро стенки бункера, обращенной к центральному продольному силовому элементу рамы;
6.5 - ребро стенки бункера, обращенной к поперечному силовому элементу рамы;
7 - крыша вагона-хоппера, снабженная загрузочным проемом с загрузочными люками;
8 - болтовое соединение горизонтального отгиба с продольным силовым элементом рамы;
9 - электроизолирующий материал между ребрами бункера и ребрами силовых элементов рамы;
10 - ребро центрального продольного силового элемента рамы;
11 - ребро поперечного силового элемента рамы;
Вагон-хоппер (фиг. 1) содержит ходовые части 1, автосцепные устройства 2, раму 3, изготовленную из стали/стального сплава; кузов, изготовленный из алюминия/алюминиевого сплава, содержащий боковые 4 и торцевые 5 стены; крышу 7 кузова; разгрузочные бункеры 6. Рама 3 (фиг. 2) содержит боковые продольные силовые элементы 3.1, центральный продольный силовой элемент 3.2, поперечные силовые элементы 3.3, расположенные параллельно и последовательно и соединяющие боковые продольные силовые элементы 3.1 рамы с центральным продольным силовым элементом 3.2 рамы. Разгрузочные бункеры 6, соединенные с нижней частью кузова вагона, расположены между боковыми продольными силовыми элементами 3.1 рамы, поперечными силовыми элементами 3.3 рамы и центральным силовым элементом 3.2 рамы. На стенках 6.3 бункера (фиг. 3), обращенных к центральному продольному силовому элементу 3.2 рамы, выполнены ребра 6.4 из алюминия/алюминиевого сплава, жестко соединенные со стенкой 6.4 бункера посредством сварки. На центральном продольном силовом элементе 3.2 рамы выполнены ответные ребра 10 из стали/стального сплава, жестко соединенные с указанными силовыми элементами 3.2 рамы посредством сварки. Ребра 6.4 и ответные ребра 10 жестко соединены между собой посредством разъемного соединения. На стенках 6.2 бункеров, обращенных к поперечному силовому элементу 3.3 рамы выполнены из алюминия/алюминиевого сплава ребра 6.5, жестко соединенные со стенкой 6.2 бункера посредством сварки (фиг. 4). На поперечном силовом элементе 3.3 рамы выполнены ответные ребра 11 из стали/стального сплава, жестко соединенные с указанным силовым элементом 3.3 рамы посредством сварки. Ребра 6.5 и ответные ребра 11 жестко соединены между собой посредством разъемного соединения. По всей площади контакта ребер бункера с ребрами силовых элементов рамы проложен электроизолирующий материал 9. Стены 4 и 5 кузова соединены с бункерами 6 посредством сварки. Ребра 6.4 и ребра 10 выполнены с угловым поперечным сечением, обеспечивающим, с одной стороны возможность жесткого соединения, соответственно, ребра 6.4 со стенкой 6.3 бункера, ребра 10 с центральным продольным силовым элементом 3.2 рамы, а с другой стороны позволяющим, соединить ребра 6.4 и 10 между собой. Аналогичным образом ребра 6.5 и ребра 11 выполнены с угловым поперечным сечением, обеспечивающим, с одной стороны возможность жесткого соединения, соответственно, ребра 6.5 со стенкой 6.2 бункера, ребра 11 с поперечным силовым элементом 3.3 рамы, а с другой стороны позволяющим, соединить ребра между собой. Силовые элементы рамы выполнены в виде балок. Жесткие разъемные соединения выполнены в виде болтовых соединений 8. Электроизолирующий материал 9 может быть выполнен из текстолита, стеклотекстолита, обладающих хорошими изоляционными прочностными свойствами, а также может быть выполнен из полимера, в частности, из резины.
В заявляемом изобретении повышена прочность и надежность соединения конструктивных элементов вагона (кузова и разгрузочных бункеров), что позволяет снизить риск изменения геометрии вагона вследствие внешних воздействий, высоких динамических нагрузок, что, в свою очередь позволяет увеличить срок эксплуатации вагона-хоппера. Также исключена возможность электрохимической коррозии, обусловленной контактом разнородных металлов - стальных элементов рамы и алюминиевых конструктивных элементов кузова с бункерами, вследствие этого увеличен срок службы вагона-хоппера. Таким образом, в заявляемом изобретении снижен фактор износа, обусловленный электрохимической коррозией. Соответственно, вновь введенные конструктивные элементы (ребра) не приведут к возникновению такой коррозии и обусловленного ею износа.