РАМА ВАГОНА-ПЛАТФОРМЫ

Предложенная полезная модель относится к области железнодорожного транспорта и может быть использована в конструкции рам вагонов-платформ.
Из уровня техники известен вагон-платформа длиннобазный (Патент России на полезную модель №142263, опубликован 27.06.2014), содержащий ходовую часть, тормозное оборудование, раму, выполненную из двух концевых и средней частей, соединенных между собой, при этом каждая концевая часть рамы содержит поперечные балки - шкворневую и торцевую, а также продольные балки - хребтовую и боковые, причем в каждой из концевых частей рамы установлен металлический лист, соединяющий хребтовую балку, вертикальный лист концевой балки, диафрагму шкворневой балки и верхние пояса обеих боковых балок, причем в местах соединения верхнего листа шкворневой балки с верхними поясами боковых балок жестко закреплены косынки.
Известен железнодорожный вагон-платформа (Патент России на полезную модель №183699, опубликован 01.10.2018), содержащий ходовую часть, раму, включающую продольную хребтовую и боковые балки, а также концевые балки и поперечно расположенные шкворневые балки коробчатого сечения, причем в каждой из концевых частей рамы установлен металлический лист, соединяющий верхние полки хребтовой и боковой балок с верхними листами шкворневой и концевой балок.
Известна рама вагона-платформы (источник сети Интернет: https://vagon.by/gallery/image/1135), принятая за прототип, содержащая продольную хребтовую балку и боковые балки, включающие в себя нижнюю горизонтальную полку, верхнюю горизонтальную полку, с закрепленными на ней фитинговыми упорами,  и вертикальное ребро, а также концевые балки и поперечно расположенные шкворневые балки, причем в каждой из концевых частей рамы закреплен металлический лист, соединяющий хребтовую балку, боковые балки, шкворневые балки с пятником и концевые балки.
Недостатком известных технических решений, в том числе прототипа, является высокая масса рамы вагона-платформы, а также ее низкая прочность из-за недостаточной прочности сварного соединения, посредством которого крепится металлический лист к боковым балкам рамы, поскольку длина сварных швов недостаточна для обеспечения усталостной прочности.
Предлагаемой полезной моделью решается техническая проблема высокой массы рамы вагона-платформы и ее низкой прочности.
Технический результат заключается в снижении массы рамы вагона-платформы за счёт сужения верхних горизонтальных полок боковых балок между участками размещения фитинговых упоров в пределах допустимых значений нагрузок и внутренних напряжений без уменьшения прочности рамы.
Технический результат достигается тем, что рама вагона-платформы содержит продольную хребтовую балку и боковые балки, включающие в себя нижнюю полку, верхнюю горизонтальную полку, с закрепленными на ней фитинговыми упорами, и вертикальную стенку, а также концевые балки и шкворневые балки, причем в каждой из концевых частей рамы закреплен металлический лист, соединяющий хребтовую балку, боковые балки, шкворневые балки с пятником и концевые балки, причем верхняя горизонтальная полка каждой боковой балки в средней части рамы выполнена шириной A, а в консольных частях выполнена шириной B, причем отношение A/B задано из диапазона 0,5<А/В<1,0, при этом между нижней полкой и верхней горизонтальной полкой закреплены поддерживающие ребра.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что поддерживающие ребра закреплены посредством сварки к нижней горизонтальной полке, верхней горизонтальной полке и вертикальной стенке.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что поддерживающие ребра закреплены под фитинговыми упорами.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что длина участка с шириной В верхней горизонтальной полки в консольной части рамы задана из диапазона от 0,25L до L, где L – расстояние от центра пятника до концевой балки.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется фигурами, на которых показано:
Фиг. 1 – общий вид рамы вагона-платформы, где 1 – хребтовая балка, 2 – боковые балки, 7 – концевая балка, 8 – металлический лист.
Фиг. 2 – общий вид узла крепления боковой балки с концевой балкой (без металлического листа 8), где 2 – боковая балка, 3 – нижняя полка, 4 – верхняя горизонтальная полка, 5 – фитинговые упоры, 6 – вертикальное ребро, 9 – поддерживающие ребра, А – ширина верхней горизонтальной полки в средней части рамы, В – ширина верхней горизонтальной полки в консольной части рамы.
Фиг. 3 – график зависимости коэффициента запаса усталостной прочности n от отношения ширины А верхней горизонтальной полки в средней части рамы к ширине В верхней горизонтальной полки в консольной части рамы.
Рама вагона-платформы содержит продольную хребтовую балку 1 и боковые балки 2, включающие в себя нижнюю полку 3, верхнюю горизонтальную полку 4, с закрепленными на ней фитинговыми упорами 5, и вертикальную стенку 6, а также концевые балки 7 и шкворневые балки (на фигурах не отмечены) с пятником (на фигурах не показан). В каждой из концевых частей рамы закреплен металлический лист 8, соединяющий хребтовую балку 1, боковые балки 2, шкворневые балки и концевые балки 7, причем верхняя горизонтальная полка 4 каждой боковой балки 2 в средней части рамы выполнена шириной A, а в консольных частях выполнена шириной B, причем отношение A/B задано из диапазона 0,5<А/В<1,0. Между нижней полкой 3 и верхней горизонтальной полкой 4 закреплены поддерживающие ребра 9, причем поддерживающие ребра 9 закреплены посредством сварки к нижней полке 3, верхней горизонтальной полке 4 и вертикальной стенке 6 под фитинговыми упорами 5. Длина участка с шириной В верхней горизонтальной полки 4 в консольной части рамы задана из диапазона от 0,25L до L, где L – расстояние от центра пятника (на фигурах не показано) до концевой балки 7.
За счет уширения верхней горизонтальной полки 4 каждой боковой балки 2 в консольных частях рамы вагона-платформы увеличивается длина сварных швов, посредством которых закреплен металлический лист 8 к боковым балкам 2, а также длина сварного шва, посредством которого верхняя горизонтальная полка 4 закреплена к концевой балке 7, в результате чего повышается усталостная прочность узла, вследствие чего повышается прочность и надежности рамы вагона-платформы. Также площадка шириной В необходима для установки на ней фитинговых упоров 5, основание которых имеет большие габаритные размеры, поэтому указанная площадка шириной В сделана увеличенной ширины также с учетом  габаритов оснований фитинговых упоров 5. Выполнение верхней горизонтальной полки 4 боковых балок 2  шириной, равной ширине В, по всей ее длине не обоснованно приводит к увеличению массы рамы вагона-платформы, что отрицательно сказывается на грузоподъёмности вагона-платформы, поэтому в средней своей части верхние горизонтальные полки 4 боковых балок 2 выполнены с заужением, в пределах допустимых значений внутренних напряжений, что не сказывается на прочности рамы и не приводит к увеличению её массы. Заданный диапазон отношения ширины А верхней горизонтальной полки 4 в средней части рамы к ширине В верхней горизонтальной полки 4 в консольной части рамы выбран, исходя из полученной зависимости коэффициента запаса усталостной прочности n от отношения А/В (Фиг.3), и является оптимальным для достижения технического результата. Из графика видно, что при увеличении отношения А/В коэффициент запаса усталостной прочности n для шва приварки металлического листа 8 к боковым балкам 2 стремится к минимально допускаемому значению 1,5, что свидетельствует о том, что повышение отношения до 1,0 и более 1,0 не целесообразно. Также повышение отношения до 1,0 и более 1,0 не целесообразно, так как в этом случае необоснованно повышается масса рамы вагона-платформы. При уменьшении отношения А/В коэффициент запаса усталостной прочности n для шва приварки металлического листа 8 к боковым балкам 2 растет. При этом, при выполнении отношения А/В менее 0,5 ширина А верхних горизонтальных полок 4 будет слишком узкой, и в этом случае не обеспечивается необходимая прочность боковых балок 2. Исходя их полученных зависимостей, наиболее рациональное отношение задано из диапазона 0,5<А/В<1,0, что позволяет достичь технический результат, а именно, снизить массу рамы вагона-платформы без уменьшения прочности рамы.
Длина участка с шириной В верхней горизонтальной полки 4 в консольной части рамы задана из диапазона от 0,25L до L, где L – расстояние от центра пятника до концевой балки 7 установлена исходя из расчета массы рамы вагона-платформы, и исходя из значения критерия по усталостной прочности для нижнего предела, поскольку согласно ГОСТ 33211-2014, минимальное значение коэффициента запаса сопротивления усталости равен 1,5,  В связи с этим при длине участка с шириной В верхней горизонтальной полки 4 в консольной части рамы менее 0,25L значения коэффициента запаса сопротивления усталости менее 1,5. Длина участка с шириной В верхней горизонтальной полки 4 в консольной части рамы более значения L не целесообразна, поскольку в этом случае существенно повышается металлоемкость конструкции рамы и, следовательно, его масса.
Поддерживающие ребра 9, закрепленные между нижней полкой 3 и верхней горизонтальной полкой 4, выполняют подкрепляющую, усиливающую функцию в месте их крепления.
В конкретном примере реализации рамы грузового вагона содержит продольную хребтовую балку 1 и боковые балки 2, включающие в себя нижнюю полку 3, верхнюю горизонтальную полку 4 с закрепленными на ней фитинговыми упорами 5, и вертикальную стенку 6, а также концевые балки 7 и поперечно расположенные шкворневые балки. В каждой из концевых частей рамы закреплен металлический лист 8, соединяющий хребтовую балку 1, боковые балки 2, шкворневые балки и концевые балки 7, причем верхняя горизонтальная полка 3 каждой боковой балки 2 в средней части рамы выполнена шириной A, равной 165 мм, а в консольных частях выполнена шириной B, равной 225 мм, причем отношение A/B равно 0,73. Между нижней горизонтальной полкой 3 и верхней горизонтальной полкой 4 закреплены поддерживающие ребра 9, причем поддерживающие ребра 9 закреплены посредством сварки к нижней полке 3, верхней горизонтальной полке 4 и вертикальной стенке 6 под фитинговыми упорами 5.
Таким образом, как показано в вышеприведённом описании полезной модели, достигается технический результат, заключающийся в снижении массы рамы вагона-платформы без уменьшения ее прочности.
Предложенное техническое решение может быть использовано в известных из уровня техники грузовых вагонах, в частности в вагонах-платформах.