НАДРЕССОРНАЯ БАЛКА ТЕЛЕЖКИ ГРУЗОВОГО ВАГОНА

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту и может быть использована в конструкции надрессорных балок тележек грузовых вагонов повышенной грузоподъемности.
Известна надрессорная балка железнодорожной тележки, содержащая верхний пояс с подпятником в центральной части, нижний пояс с опорными площадками под пружины рессорного комплекта, боковые стенки с технологическими отверстиями, карманы для установки фрикционных клиньев в концевых частях, при этом технологические отверстия выполнены протяжёнными в продольном направлении надрессорной балки и имеют по контуру внутренние усиления в виде выступов-утолщений (см. US 3482531 A, опубл. 09.12.1969).
Известна надрессорная балка тележки грузового вагона, содержащая верхний пояс с подпятником, нижний пояс, содержащий опорные площадки пружин рессорного комплекта, боковые стенки с технологическими отверстиями, содержащие карманы для фрикционных клиньев, при этом технологические отверстия боковых стенок имеют усиления в виде скругленных выступов, выполненные по контуру на наружной поверхности боковых стенок (см. RU 169160 U1, 07.03.2017).
Известна надрессорная балка тележки грузового вагона повышенной грузоподъемности, содержащая верхний пояс с подпятником в центре, нижний пояс с опорными площадками под упругие элементы рессорного комплекта, боковые стенки, соединяющие верхний и нижний пояса и выполненные с отверстиями, карманы для установки фрикционных клиньев в концевых частях надрессорной балки, при этом отверстия в боковых стенках имеют усиления в виде выступов-утолщений, выполненных по контуру на наружной поверхности боковых стенок (см. RU 117129 U1, опубл. 20.06.2012). Данное техническое решение принято в качестве наиболее близкого аналога.
Техническая проблема известных надрессорных балок заключается в недостаточной прочности зон боковых стенок, ослабленных отверстиями. Выполнение усилений отверстий в виде выступов с одной из сторон боковых стенок не решает в полной мере задачу обеспечения прочности конструкции.
Технический результат, достигаемый при использовании полезной модели, заключается в повышении прочности надрессорной балки тележки грузового вагона, повышающей её эксплуатационную надёжность.
Технический результат достигается за счёт того, что надрессорная балка тележки грузового вагона, как и наиболее близкий аналог, содержит верхний пояс, выполненный с подпятником, нижний пояс, выполненный с опорными поверхностями под упругие элементы рессорного подвешивания, боковые стенки, соединяющие верхний и нижний пояса и выполненные с отверстиями, карманы для установки фрикционных клиньев, при этом отверстия в боковых стенках имеют наружные выступы, выполненные по контуру отверстий на наружной поверхности боковых стенок. Отличием предлагаемой конструкции является то, что отверстия в боковых стенках имеют также внутренние выступы, выполненные по контуру отверстий на внутренней поверхности боковых стенок, при этом высота наружных выступов отверстий в боковых стенках относительно наружной поверхности боковых стенок составляет от 2 мм до 15 мм.
В частных формах реализации высота внутренних выступов отверстий в боковых стенках относительно внутренней поверхности боковых стенок составляет от 5 мм до 25 мм; ширина наружных и внутренних выступов отверстий в боковых стенках составляет от 8 мм до 30 мм; отношение толщины боковых стенок к суммарному значению высоты наружных и внутренних выступов и толщины боковых стенок составляет от 0,2 до 0,8 при толщине боковых стенок от 12 мм до 25 мм.
Полезная модель поясняется чертежами, на которых показано
на фиг. 1 – надрессорная балка, общий вид, аксонометрическая проекция;
на фиг. 2 – надрессорная балка, вид сбоку;
на фиг. 3 – надрессорная балка, вид сверху;
на фиг. 4 – разрез А-А на фиг. 3;
на фиг. 5 – разрез Б-Б на фиг. 4;
на фиг. 6 – результат расчёта на прочность конструкции надрессорной балки без внутренних выступов отверстий в боковых стенках;
на фиг. 7 – результат расчёта на прочность конструкции надрессорной балки с внутренними выступами отверстий в боковых стенках.
Надрессорная балка представляет собой тонкостенную конструкцию коробчатого типа, которая включает в себя верхний пояс 1, нижний пояс 2, боковые стенки 3, соединяющие верхний 1 и нижний 2 пояса, карманы 4 для установки фрикционных клиньев, расположенные в концевых частях надрессорной балки.
Верхний пояс 1 надрессорной балки выполнен с подпятником 1.1 в центральной части. Нижний пояс 2 надрессорной балки выполнен с опорными поверхностями 2.1 под упругие элементы рессорного подвешивания.
В боковых стенках 3 выполнены сквозные технологические отверстия 5 овальной формы, протяжённые в продольном направлении надрессорной балки. По контуру отверстий 5 выполнены наружные выступы 6, расположенные со стороны наружной поверхности боковых стенок 3, и внутренние выступы 7, расположенные со стороны внутренней поверхности боковых стенок 3.
Наружные 6 и внутренние 7 выступы отверстий 5 имеют следующие геометрические размеры. Высота h1 наружных выступов 6 составляет от 2 мм до 15 мм. Высота h2 внутренних выступов 7 составляет от 5 мм до 25 мм. Ширина b наружных 6 и внутренних 7 выступов составляет от 8 мм до 30 мм. Отношение толщины S боковых стенок 3 к суммарному значению Н высоты h1, h2 и толщины S составляет от 0,2 до 0,8 (0,2 S/H≤0,8), при этом толщина S боковых стенок 3 находится в интервале от 12 до 25 мм.
При значениях размеров h1, h2 и b менее нижних значений указанных интервалов, а также при отношении S/H более 0,8 не достигается минимально необходимый уровень прочности и жёсткости боковых стенок 3 в зонах отверстий 5. При значениях размеров h1, h2 и b более верхних значений указанных интервалов, а также при отношении S/H менее 0,2 высока вероятность образования литейных дефектов при изготовлении надрессорной балки вследствие значительной разницы между толщиной S боковых стенок 3 и суммарным значением H.
При выполнении расчётов на прочность, проводимых в соответствии с ГОСТ 33211-2014, получены поля распределения напряжений по фон Мизесу в конструкциях надрессорной балки без внутренних выступов 7 и с внутренними выступами 7 отверстий 5 в боковых стенках 3 (фиг. 6, 7). Сравнение результатов расчётов на прочность показывает, что наличие внутренних выступов 7 отверстий 5 на внутренней поверхности боковых стенок 3 снижает механические напряжения в очагах формирования концентраторов напряжений, расположенных на торцевой поверхности отверстий 5 и вглубь боковых стенок 3.
Работает надрессорная балка тележки грузового вагона следующим образом.
Через подпятник 1.1 верхнего пояса 1 надрессорная балка воспринимает нагрузку от кузова грузового вагона. От надрессорной балки нагрузка через опорные поверхности 2.1 под упругие элементы рессорного подвешивания, расположенные на нижнем поясе 2, передаётся на боковые рамы тележки. При этом часть передаваемой нагрузки приходится на боковые стенки 3, соединяющие верхний 1 и нижний 2 пояса. Зоны боковых стенок 3, ослабленные наличием отверстий 5, дополнительно к наружным выступам 6 усилены также внутренними выступами 7 по контуру отверстий 5. Тем самым, достигается повышение прочности надрессорной балки тележки грузового вагона, повышается её эксплуатационную надёжность.