Рама железнодорожного транспортного средства

Предложенное техническое решение относится к конструкции рам железнодорожных транспортных средств, в частности к рамам вагонов.
Из уровня техники известна рама железнодорожного вагона, раскрытая в авторском свидетельстве СССР № 523825, опубликованном 05.08.1976, и принятая в качестве наиболее близкого аналога. Известная рама содержит соединённые сварными швами коробчатую шкворневую балку, включающую в себя верхнюю полку, нижнюю полку и две пары боковых стенок, П-образную с отогнутыми нижними полками хребтовую балку и диафрагмы, расположенные во внутренней полости хребтовой балке в одной плоскости с боковыми стенками шкворневой балки.
Техническая проблема заключается в наличии сварных швов, обуславливающих низкую ремонтопригодность и низкую надёжность в зонах соединения хребтовой балки и шкворневой балки.
Технический результат заключается в повышении надёжности рамы железнодорожного транспортного средства.
Технический результат достигается за счёт того, что рама железнодорожного транспортного средства выполнена в виде балочного каркаса и содержит хребтовую балку и коробчатую шкворневую балку, соединённую с хребтовой балкой и включающую в себя верхнюю полку, состоящую из двух частей, нижнюю полку и две пары боковых стенок, причём верхняя, нижняя полка и боковые стенки шкворневой балки соединены между собой и с хребтовой балкой посредством болт-заклёпочных соединений.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что каждая боковая стенка шкворневой балки содержит основную часть, участок для прикрепления к хребтовой балке, участок для прикрепления к нижней стенке шкворневой балки, участок изгиба, расположенный между основной частью и участком для прикрепления к хребтовой балке, участок изгиба, расположенный между основной частью и участком для прикрепления к нижней стенке шкворневой балки, при этом в одной паре боковых стенок каждая боковая стенка дополнительно содержит участок для прикрепления к верхней стенке шкворневой балки и участок изгиба, расположенный между основной частью и участком для прикрепления к верхней стенке шкворневой балки, а во второй паре боковых стенок каждая боковая стенка дополнительно содержит участок для прикрепления к дополнительной верхней стенке шкворневой балки и участок изгиба, расположенный между основной частью и участком для прикрепления к дополнительной верхней стенке шкворневой балки.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что он содержит две боковые балки, соединённые с шкворневой балкой посредством болт-заклёпочных соединений.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что в одной паре боковых стенок шкворневой балки каждая боковая стенка содержит основную часть, участок для прикрепления к одной из боковых балок и участок изгиба, расположенный между основной частью и участком для прикрепления к одной из боковых балок, а во второй паре боковых стенок каждая боковая стенка содержит основную часть, участок для прикрепления ко второй боковой балке и участок изгиба, расположенный между основной частью и участком для прикрепления ко второй боковой балке.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что каждая боковая стенка шкворневой балки имеет толщину t, а радиус R изгиба по меньшей мере одного участка изгиба по меньшей мере одной боковой стенки удовлетворяет условию t<R<3t.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что каждая боковая стенка шкворневой балки имеет толщину t, а радиус R изгиба каждого участка изгиба по меньшей мере одной боковой стенки удовлетворяет условию t<R<3t.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что каждая боковая стенка шкворневой балки имеет толщину t, а радиус R изгиба каждого участка изгиба каждой боковой стенки удовлетворяет условию t<R<3t.
Предпочтительный вариант выполнения предложенного технического решения характеризуется чертежами, где на:
- Фиг. 1 представлен вид сверху рамы вагона в зоне шкворневой балки,
- Фиг. 2 представлен вид снизу рамы вагона в зоне шкворневой балки,
- Фиг. 3 представлена одна из боковых стенок шкворневой балки рамы вагона,
- Фиг. 4 представлена другая боковая стенка шкворневой балки рамы вагона.
Рама железнодорожного транспортного средства выполнена в виде балочного каркаса и содержит хребтовую балку 1 и шкворневую балку, выполненную коробчатой, соединённую с хребтовой балкой 1 и включающую в себя верхнюю полку, состоящую из двух раздельных между собой частей 2 и 3, нижнюю полку 4 и две пары боковых стенок 5, 6. Одна пара боковых стенок 5, 6 шкворневой балки соединена с одной из частей 2 или 3 верхней полки шкворневой балки, например, с первой частью 2. Соответственно, другая пара боковых стенок 5, 6 шкворневой балки соединена с другой частью верхней полки шкворневой балки, а именно со второй частью 3. Каждая часть 2, 3 верхней полки шкворневой балки представляет собой лист. Каждая боковая стенка 5, 6 шкворневой балки соединена с соответствующей частью 2 или 3 верхней полки шкворневой балки, с нижней полкой 4 шкворневой балки и с хребтовой балкой 1 посредством зажимных болтов.
Рама вагона также содержит две боковые балки 7, 8, каждая из которых соединена с шкворневой балкой, а именно с одной из частей 2 или 3 верхней полки, нижней полкой 4 и одной из пар боковых стенок 5, 6. Так, например, первая боковая балка 7 соединена с первой частью 2 верхней полки шкворневой балки, нижней полкой 4 шкворневой балки и первой парой боковых стенок 5, 6. Вторая боковая балка 7 соединена со второй частью 3 верхней полки шкворневой балки, нижней полкой 4 шкворневой балки и второй парой боковых стенок 5, 6.
На Фиг. 3 представлена одна из первых боковых стенок 5. Боковая стенка 5 шкворневой балки имеет толщину t и содержит основную часть 9, участок 10 для прикрепления к хребтовой балке 1, участок 11 для прикрепления к части 2 или 3 верхней полки 4 шкворневой балки, участок 12 для прикрепления к нижней полке 4 шкворневой балки и три участка 13, 14, 15 изгиба.
1
1
1
Первый участок 13 изгиба имеет радиус изгиба R (или «радиус R гиба»), удовлетворяющий условию t < R < 3t, и расположен между основной частью 9 и участком 10 для прикрепления к хребтовой балке 1.
2
2
2
Второй участок 14 изгиба имеет радиус изгиба R (или «радиус R гиба»), удовлетворяющий условию t < R < 3t, и расположен между основной частью 9 и участком 11 для прикрепления к одной из частей 2 или 3 верхней полки шкворневой балки.
3
3
3
Третий участок 15 изгиба имеет радиус изгиба R (или «радиус R гиба»), удовлетворяющий условию t < R < 3t, и расположен между основной частью 9 и участком 12 для прикрепления к нижней полке 4 шкворневой балки.
4
4
Боковая стенка 5 шкворневой балки дополнительно содержит участок 16 для прикрепления к одной из боковых балок 7 или 8 и четвёртый участок 17 изгиба (или «радиус R гиба»), расположенный между основной частью 8 и участком 16 для прикрепления к одной из боковых балок 7 или 8 и удовлетворяющий условию t<R<3t.
Таким образом, радиус R изгиба каждого участка 13, 14, 15, 17 изгиба первой боковой стенки 5 удовлетворяет условию t<R<3t.
Минимальное значение радиуса R изгиба каждого участка 13, 14, 15, 17 изгиба первой боковой стенки 5 обусловлено технологией гибки листа: в случае радиуса R изгиба меньше t, т. е. при R ≤ t, будут образованы деформации, которые приведут к разрушению первой боковой стенки 5 в участке 13, 14, 15 и/или 17 изгиба.
В участке 10 для прикрепления к хребтовой балке, в участке 11 для прикрепления к одной из частей 2 или 3 верхней полки шкворневой балки, в участке 12 для прикрепления к нижней полке 4 шкворневой балки, в участке 16 для прикрепления к одной из боковых балок 7 или 8 каждой первой стенки 5 выполнены сквозные отверстия 18.
В хребтовой балке 1, частях 2, 3 верхней полки шкворневой балки 3, нижней полке 4 шкворневой балки и боковых балках 7, 8 выполнены отверстия (не отмечены на Фигурах), соосные упомянутым отверстиям 18 первых боковых стенок 5. Для ясности чертежа, представленного на Фиг. 3, на участке 10 для прикрепления к хребтовой балке 1, на участке 11 для прикрепления к одной из частей 2 или 3 верхней полки шкворневой балки 3, на участке 12 для прикрепления к нижней полке 4 шкворневой балки и участке 17 для прикрепления к одной из боковых балок 7 или 8 обозначено только по одному отверстию 19.
Очевидно, что аналогичное строение имеют и другие три боковые стенки 5, 6. Необходимо отметить, что вторые боковые стенки 6 представляют собой зеркальные копии первых боковых стенок 5.
Предложенное строение боковых стенок 5, 6 обусловлено тем, что для их соединений с другими объектами используются зажимные болты. Так в одной паре боковых стенок 5, 6 каждая боковая стенка 5, 6 содержит основную часть 9, участок 10 для прикрепления к хребтовой балке 2, участок 11 для прикрепления к одной из частей 2 или 3 верхней полки шкворневой балки, а именно к первой части 2, участок 12 для прикрепления к нижней полке 4 шкворневой балки, участок 16 для прикрепления к одной из боковых балок 7 или 8, а именно к первой боковой балке 7, и четыре участка 13, 14, 15, 17 изгиба: первый участок 13 изгиба, расположенный между основной частью 9 и участком 10 для прикрепления к хребтовой балке 1, второй участок 14 изгиба, расположенный между основной частью 9 и участком 11 для прикрепления к одной из частей 2 или 3 верхней полки шкворневой балки 3, третий участок 15 изгиба, расположенный между основной частью 9 и участком 12 для прикрепления к нижней полке 4 шкворневой балки, четвёртый участок 17 изгиба, расположенный между основной частью 9 и участком 13 для прикрепления к одной из боковых балок 7 или 8. А во второй паре боковых стенок 5, 6 каждая боковая стенка 5, 6 содержит основную часть 9, участок 10 для прикрепления к хребтовой балке 2, участок 11 для прикрепления к одной из частей 2 или 3 верхней полки шкворневой балки, а именно ко второй части 3, участок 12 для прикрепления к нижней полке 4 шкворневой балки, участок 16 для прикрепления к одной из боковых балок 7 или 8, а именно ко второй боковой балке 8, и четыре участка 13, 14, 15, 17 изгиба: первый участок 13 изгиба, расположенный между основной частью 9 и участком 10 для прикрепления к хребтовой балке 1, второй участок 14 изгиба, расположенный между основной частью 9 и участком 11 для прикрепления к одной из частей 2 или 3 верхней полки шкворневой балки 3, третий участок 15 изгиба, расположенный между основной частью 9 и участком 12 для прикрепления к нижней полке 4 шкворневой балки, четвёртый участок 17 изгиба, расположенный между основной частью 9 и участком 13 для прикрепления к одной из боковых балок 7 или 8.
В каждой части 2, 3 верхней полки шкворневой балки и в хребтовой балке 2 выполнены соосные сквозные отверстия (не отмечены на Фигурах). В соответствующей части 2 или 3 верхней полки шкворневой балки 3 и в соответствующей боковой балке 7, 8 выполнены сквозные соосные отверстия: в первой части 2 верхней полки шкворневой балки и в первой боковой балке 7 выполнены соосные отверстия, во второй части 3 верхней полки шкворневой балки и во второй боковой балке 8 выполнены соосные отверстия. В нижней полке 4 шкворневой балки и боковых балках 7, 8 выполнены сквозные соосные отверстия.
Упомянутые выше сквозные соосные отверстия, выполненные в хребтовой балке 1, шкворневой балке и боковых балках 7, 8 предназначены для размещения в них зажимных болтов.
Хребтовая балка 1, шкворневая балка и боковые балки 7, 8 соединены посредством  болт-заклёпочного соединения (или «ШОГ-соединения», или «ШтОК-соединения»), т. е. в качестве болтов использованы зажимные болты (или «болты с обжимной головкой», или «штифты и обжимным кольцом», или «штифты с обжимной головкой»). Также, например, по меньшей мере один болт, предназначенный для соединения первой части 2 верхней полки шкворневой балки и по меньшей мере одной боковой стенки 5, 6 шкворневой балки, и/или по меньшей мере один болт, предназначенный для соединения второй части 3 верхней полки шкворневой балки и по меньшей мере одной боковой стенки 5, 6 шкворневой балки, и/или по меньшей мере один болт, предназначенный для соединения нижней полки 4 шкворневой балки и по меньшей мере одной боковой стенки 5, 6 шкворневой балки, представляет собой болт-заклёпку и соединены посредством болт-заклёпочного соединения.
Необходимо отметить, что максимальное значение радиуса R изгиба участка 13, 14, 15 или 17 изгиба боковой стенки 5 или 6 обусловлено материалоёмкостью, в частности металлоёмкостью, конструкции: при увеличении R свыше 3t, т. е. при R≥3t, необходимо увеличивать размеры участков 10, 11, 12, 16, чтобы обеспечить выполнение отверстий 18 для зажимных болтов их размещения в них, что приведёт к увеличению массы.
Использование соединения посредством болт-заклёпочного соединения позволило устранить такие недостатки сварных соединений, уменьшающие прочность и надёжность в зонах соединения балок, как, например, известные из уровня техники дефекты сварных швов, низкая прочность, вызванная неправильным подбором параметров сварки, остаточные напряжения из-за термических деформаций от неравномерного нагрева, изменение механических свойств детали в зоне сварки, низкая надёжность при значительных вибрационных и ударных нагрузках, низкая ремонтопригодность, коробление свариваемых деталей. Отказ от применения сварки позволил повысить прочность и надёжность соединений между элементами рамы, что повысило её надёжность и прочность, а также надёжность и прочность вагона в целом.
Решение технической проблемы и достижение технического результата продемонстрированы на предпочтительном варианте выполнения предложенного технического решения. Специалисту в данной области техники очевидны и другие варианты выполнения тех или иных признаков предложенного технического решения.
В других вариантах выполнения предложенного технического решения в участке 10 для прикрепления к хребтовой балке 1, в участке 11 для прикрепления к одной из частей 2 или 3 верхней полки шкворневой балке, в участке 12 для прикрепления к нижней полке 4 шкворневой балки и/или в участке 16 для прикрепления к одной из боковых балок 7 или 8 каждой боковой стенки 6 выполнено по меньшей мере одно отверстие 14.
1
1
2
2
3
3
4
4
В других вариантах выполнения предложенного технического решения по меньшей мере одна боковая стенка 5, 6 содержит участок 13 изгиба, расположенный между основной частью 9 и участком 10 для прикрепления к хребтовой балке 1 и радиус R изгиба которого задан из диапазона от t до 3t, т. е. R ∈ (t, 3t), и/или участок 14 изгиба, расположенный между основной частью 9 и участком 11 для прикрепления к одной из частей 2 или 3 верхней полке шкворневой балки и радиус R изгиба которого задан из диапазона от t до 3t, т. е. R ∈ (t, 3t), и/или участок 15 изгиба, расположенный между основной частью 9 и участком 12 для прикрепления к нижней полке 4 шкворневой балки и радиус R изгиба которого задан из диапазона от t до 3t, т. е. R ∈ (t, 3t), и/или участок 17 изгиба, расположенный между основной частью 9 и участком 16 для прикрепления к одной из боковых балок 7, 8 и радиус R изгиба которого задан из диапазона от t до 3t, т. е. R ∈ (t, 3t), т. е. радиус R изгиба по меньшей мере одного участка изгиба по меньшей мере одной боковой стенки 5, 6 задан из диапазона от t до 3t, т. е. R ∈ (t, 3t) или удовлетворяет условию t < R < 3t. Каждую боковую стенку 5, 6 предпочтительно изготавливают из листовой заготовки толщиной t, например, металлических листов.
В других вариантах выполнения форма и/или размеры и/или конструкция хребтовой балки 1 и/или шкворневой балки, в частности верхней полки и/или нижней полки 4 и/или по меньшей мере одной боковой стенки 5, 6, и/или по меньшей мере одной боковой балки 7, 8 могут быть отличны от представленных на чертежах и описанных в описании предпочтительного варианта выполнения предложенного технического решения.
Участком 11 для прикрепления к одной из частей 2 или 3 верхней полки шкворневой балки также может быть назван участок 11 для прикрепления к верхней полке.
Признаки «первый», «второй», «третий» и «четвёртый», используемые, например, в «первая часть верхней полки», «первая боковая стенка», «первая боковая балка», «первый участок изгиба», «первая пара боковых стенок», введены с целью упрощения описания для обозначения (указания) конкретного элемента.
Предлагаемое техническое решение удовлетворяет требованиям к высоконагруженным устройствам, испытывающим в соединении существенные динамические и статические нагрузки и вибрацию. Использование в конструкции зажимных болтов повышает технологичность сборки и надёжность соединений элементов. Упрощение монтажа и быстрота установки достигается за счёт того, что для монтажа (и демонтажа) зажимного болта требуется один инструмент, а именно известный установочный инструмент с гидравлическим или пневматическим приводом. Надёжность крепления достигается за счёт осуществления внедрения материала обжимной втулки в углубления, выполненные на стержне зажимного болта, что обеспечивает низкую способность к ослаблению соединения, его высокую вибростойкость и устойчивость в условиях эксплуатации с высокими нагрузками и сильной вибрацией. Например, соединение элементов при помощи заклёпок является менее надёжным по сравнению с болт-заклёпочным соединением, и кроме того трудоёмко в изготовлении, требует специального оборудования, такого как прессы, клепальные машины и пр.