Шкворневой узел вагона-платформы

Полезная модель относится к железнодорожному подвижному составу, а именно к конструкциям рам грузовых железнодорожных вагонов-платформ.
Из уровня техники известен, выбранный в качестве прототипа, узел соединения шкворневой и хребтовой балок рамы грузового вагона (патент RU 172942, МПК B61F 1/02, опубл. 01.08.2017), включающий хребтовую балку и закреплённую на ней шкворневую балку, которая содержит верхний и нижний листы, соединенные между собой двумя вертикальными листами, при этом нижний лист содержит выступающую часть в месте соединения шкворневой и хребтовой балок, обеспечивающую плавный переход шкворневого листа к хребтовой балке.
Указанное техническое решение позволяет повысить прочность и надежность узла соединения шкворневой и хребтовой балок рамы грузового вагона счет изготовления узла соединения шкворневой и хребтовой балок с плавными переходами нижнего листа шкворневой балки к хребтовой балке, что позволяет исключить концентраторы напряжений в зоне пересечения шкворневой и хребтовой балок, а также обеспечить увеличение сечения нижнего листа в зоне действия наибольшего изгибающего момента и повысить длину сварных монтажных швов.
При этом из внешнего вида прототипа известно, что в указанном узле соединения шкворневой и хребтовой балок рамы нижний лист шкворневой балки расположен внахлест относительно нижней части хребтовой балки.
Соответственно, недостатком прототипа является малый коэффициент запаса сопротивления усталости в местах примыкания нижнего листа шкворневой балки к нижней части хребтовой балки, что обусловлено наличием нахлёсточных сварных соединений указанных элементов.
Из методики расчета коэффициента запаса сопротивления усталости элементов вагона, изложенной в ГОСТ 33211-2014 и в «Нормах для расчета и проектирования вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных)», М.: ГосНИИВ-ВНИИЖТ, 1996 г., известно, что коэффициент запаса сопротивления усталости зависит от коэффициента снижения предела выносливости для различных типов сварных соединений. Чем больше величина коэффициента снижения предела выносливости, тем, при прочих равных параметрах конструкции, меньше величина коэффициента запаса сопротивления усталости, и соответственно, меньше запас усталостной прочности конструкции.
Из таблицы 10 ГОСТ 33211-2014 известно, что коэффициент снижения предела выносливости для нахлёсточного сварного соединения, применяемого в прототипе, находится в пределах от 2,54 до 3,2.
Для стыковых сварных соединений с полным проплавлением, указанный коэффициент ниже. Например, при этом для двухстороннего стыкового шва с полным проплавлением коэффициент снижения предела выносливости находится в пределах от 1,43 до 2,0. Для одностороннего шва с полным проплавлением на остающейся подкладке указанный коэффициент составляет 2,25.
Соответственно, применение нахлёсточного сварного соединения нижнего листа шкворневой балки и нижней части хребтовой балки увеличивает коэффициент снижения предела выносливости указанного соединения, например, в 1,5...1,8 раз по сравнению с соединением, выполненным двухсторонним стыковым швом с полным проплавлением; в 1,15...1,36 раз по сравнению с соединением, выполненным односторонним швом с полным проплавлением на остающейся подкладке.
Применительно к вагонам-платформам, в частности к длиннобазным вагонам-платформам для перевозки крупнотоннажных контейнеров, применение нахлёсточного сварного соединения нижнего листа шкворневой балки и нижней части хребтовой балки может привести к появлению усталостных трещин в раме в процессе эксплуатации вагона из-за больших изгибающих моментов, вызванных точечным приложением вертикальных нагрузок от контейнеров.
Решаемой технической проблемой является увеличенный коэффициент снижения предела выносливости сварного соединения нижнего листа шкворневой балки и нижней части хребтовой балки шкворневого узла вагона-платформы.
Техническим результатом является увеличение коэффициента запаса сопротивления усталости шкворневого узла вагона-платформы в местах примыкания нижнего листа шкворневой балки к нижней части хребтовой балки.
Указанный технический результат достигается тем, что шкворневой узел вагона-платформы включает пятник, хребтовую балку и шкворневую балку, при этом нижняя часть хребтовой балки в зоне установки пятника имеет выступающие в поперечном направлении части, симметричные относительно продольной оси вагона-платформы, приваренные к нижним листам шкворневой балки стыковыми сварными швами с полным проплавлением с предварительными скосами кромок выступающих частей.
Стыковые сварные швы могут быть выполнены двухсторонними или односторонними на остающейся подкладке, в зависимости от последовательности сборочных операций при изготовлении рамы.
Из ГОСТ 14771-76 известно, что стыковые сварные швы с полным проплавлением осуществляются при предварительной подготовке кромок соединяемых деталей в виде скоса кромок. По сравнению с прототипом, нижняя часть хребтовой балки в зоне установки пятника имеет выступающие в поперечном направлении части, симметричные относительно продольной оси вагона-платформы, что позволяет выполнить на них предварительные скосы кромок для последующего сварного соединения с нижними листами шкворневой балки с полным проплавлением. Для выполнения скоса кромок, ширина каждой выступающей части не менее одной её толщины.
Соответственно, предложенное техническое решение позволяет снизить величину коэффициента снижения предела выносливости сварного соединения нижнего листа шкворневой балки и нижней части хребтовой балки, вследствие чего достигается заявленный технический результат – увеличение коэффициента запаса сопротивления усталости в местах примыкания нижнего листа шкворневой балки к нижней части хребтовой балки.
Таким образом, заявляемая полезная модель отличается от прототипа тем, что нижняя часть хребтовой балки в зоне установки пятника имеет выступающие в поперечном направлении части, симметричные относительно продольной оси вагона-платформы, приваренные к нижним листам шкворневой балки стыковыми сварными швами с полным проплавлением с предварительными скосами кромок выступающих частей, при этом стыковые сварные швы выполнены двухсторонними или односторонними на остающейся подкладке, а ширина каждой выступающей части не менее одной её толщины.
Предлагаемая полезная модель поясняется графическим материалом:
- на фигуре 1 показан общий вид шкворневого узла вагона-платформы;
- на фигуре 2 показано поперечное сечение стыкового сварного шва нижней части хребтовой балки с нижним листом шкворневой балки, выполненного двухсторонним;
- на фигуре 3 показано поперечное сечение стыкового сварного шва нижней части хребтовой балки с нижним листом шкворневой балки, выполненного односторонним на остающейся подкладке.
Шкворневой узел вагона-платформы включает пятник 1 (фиг. 1), хребтовую балку 2 и шкворневую балку 3.
Нижняя часть хребтовой балки 2 в зоне установки пятника 1 имеет выступающие в поперечном направлении части 4, симметричные относительно продольной оси вагона-платформы, приваренные к нижним листам 5 шкворневой балки 3 стыковыми сварными швами 6 или 7 с полным проплавлением с предварительными скосами 8 (фиг.2, фиг.3) кромок выступающих частей 4.
Стыковые сварные швы (фиг.2) могут быть выполнены двухсторонними 7 или односторонними 8 (фиг. 3) на остающейся подкладке 9.
Ширина «b» (фиг.2, фиг.3) каждой выступающей части 4 должна быть не менее одной её толщины «s» (фиг.1) для выполнения скосов 8 кромок каждой выступающей части 4 любым промышленным способом, в том числе требующим выхода инструмента с обрабатываемой поверхности.
По сравнению с шкворневым узлом прототипа, имеющим нахлёсточные сварные соединения нижней части хребтовой балки и нижнего листа шкворневой балки, в заявленном решении применяются стыковые соединения с полным проплавлением, что приводит к уменьшению коэффициента снижения предела выносливости указанного соединения в 1,15…1,8 раз, вследствие чего достигается заявленный технический результат – увеличение коэффициента запаса сопротивления усталости шкворневого узла вагона-платформы в местах примыкания нижнего листа шкворневой балки к нижней части хребтовой балки.
Заявляемая полезная модель реализована с использованием промышленно выпускаемых устройств и материалов, может быть изготовлена на любом вагоностроительном предприятии и найдет широкое применение в области железнодорожного транспорта.