БОКОВАЯ РАМА ТЕЛЕЖКИ ГРУЗОВОГО ВАГОНА
FREIGHT CAR BOGIE SIDE FRAME

Изобретение относится к железнодорожному подвижному составу, в частности к конструкции литой боковой рамы тележки грузового вагона.
Известны различные конструкции боковых рам вагонной тележки (например, по ОСТ 32.183-2001), в которых для упрочнения участков, имеющих концентраторы напряжений, выполнены ребра жесткости. В других конструкциях в местах приложения наибольших нагрузок выполнены радиусные приливы или выступы.
Эти конструкции недостаточно совершенны, т.к. при производстве отливки боковой рамы в местах наибольших утолщений кристаллизация металла происходит медленнее, чем в других местах отливки. Это вызывает образование раковин и различных рыхлот или скоплений шлаков именно в местах наибольшей концентрации напряжений, т.к. в этих местах самый толстый слой металла, медленно затвердевающий. В дальнейшем это приводит к разрушению конструкции и уменьшению срока эксплуатации рамы, т.е. конструкции ненадежны и уменьшены прочностные характеристики.
Известна также боковая рама тележки грузового вагона (см. патент RU №2294855, опубл. 10.03.2007, б. №7 - прототип), содержащая верхний пояс замкнутого сечения с консолями, опорные площадки для буксы, буксовые проемы, нижний пояс замкнутого сечения с опорной площадкой для рессорного комплекта, два наклонных пояса замкнутого сечения с технологическими окнами, связывающих верхний и нижний пояса, центральный рессорный проем, в зоне соединения нижнего пояса с каждым наклонным поясом выполнены ребра: одно - в нижней части наклонного пояса от периферии к центру, другое - вдоль криволинейной части рессорного проема в зоне сочленения нижнего пояса с наклонным поясом, третье - продолжение опорной площадки для рессорного комплекта, при этом в зоне схождения упомянутых ребер образованы выступы, создающие условия для направленной кристаллизации, объединяющие ребра и сопряженные с их боковыми поверхностями и не выступающие в центральный рессорный проем.
Известная конструкция имеет недостатки:
1. Рама боковая в опасных зонах концентрации нагрузок выполнена коробчатого сечения с плоским низом, что не создает равномерного распределения напряжений.
2. Имеющиеся ребра и выступы способствуют повышению веса рамы и создают узлы скопления жидкого металла, который, затвердевая в последнюю очередь, создает усадочные рыхлоты, раковины и микротрещины, что ускоряет разрушение и снижает усталостную прочность рамы.
От этих недостатков свободна предлагаемая боковая рама тележки грузового вагона, задачей которой является: повышение прочности, надежности конструкции и ее упрощение.
При этом достигается следующий технический результат: получение литой боковой рамы тележки, упрочненной в местах концентрации напряжений, снижение ее веса и увеличение срока службы и безопасности при эксплуатации.
Для достижения указанного технического результата в боковой раме тележки грузового вагона, содержащей верхний пояс замкнутого сечения с опорными поверхностями для буксы и консолями, образующими буксовые проемы, нижний пояс замкнутого сечения с опорной площадкой для рессорного комплекта, два наклонных пояса замкнутого сечения, связывающих верхний и нижний пояса, центральный рессорный проем, сечения рамы в местах радиусных переходов нижнего и наклонного поясов и опорных поверхностей для буксы имеют -образную форму, причем вершина ее центральной части направлена во внутрь рамы, не выходя за ее габариты.
Отличительными являются следующие признаки: сечения рамы в местах радиусных переходов нижнего, наклонного поясов и опорных поверхностей буксовых проемов имеют -образную форму, причем вершина ее центральной части направлена во внутрь рамы, не выходя за ее габариты.
Заявленное предлагаемое изобретение имеет отличие от наиболее близких аналогов, следовательно, оно удовлетворяет условию патентоспособности «новизна». Анализ уровня техники в этой области показал, что признаки, отличающие заявленные решения, не были выявлены, что удовлетворяет условию патентоспособности изобретений - «изобретательский уровень».
Заявляемое изобретение обусловило создание простой и легкой конструкции литой боковой рамы, т.к. нет дополнительных приливов (утолщений, усиленных (увеличенных) радиусов, ребер жесткости) в местах с наибольшей концентрацией напряжений, а именно, на всех радиусных переходах (сопряжениях) нижнего пояса с боковыми, боковых поясов с опорными поверхностями буксового проема, опорных поверхностей буксового проема с консолями (на чертеже фиг.1, эти переходы обозначены широкой жирной линией). Сечение в указанных радиусных переходах имеет -образную форму. Фактически при изготовлении рамы образуется волна (∩), вершина которой находится внутри нее, что прочнее, чем просто коробчатое сечение с ровным основанием. Однако кроме этого «визуального» эффекта, на боковой раме в местах наибольших эксплуатационных нагрузок, благодаря отсутствию участков толстого слоя металла, не образуется тепловых узлов кристаллизации, т.к. при производстве литой рамы происходит равномерное затвердевание без литейных раковин и рыхлот, что способствует увеличению надежности боковой рамы, при этом такое сечение дает возможность плавного распределения напряжения, не создавая условий для концентрации напряжений в какой-либо одной точке, что значительно повышает прочность боковой рамы в местах силовых ударных нагрузок и изгибающих моментов, а значит, увеличивается и срок службы боковой рамы тележки, и безопасность при эксплуатации. Таким образом, решена поставленная задача и получен указанный технический результат.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображена боковая рама и выделены утолщенными и жирными линиями места концентрации напряжений, фиг.2, 3 и 4 - сечения по А-А, Б-Б, В-В соответственно.
Боковая рама тележки грузового вагона (фиг.1) содержит верхний пояс 1 замкнутого сечения с консолями 2, образующими буксовые проемы 3, с опорными поверхностями для установки буксы - 4. Нижний пояс 5 замкнутого сечения содержит опорную площадку 6 для рессорного комплекта, два симметричных наклонных пояса 7 замкнутого сечения связывают верхний 1 и нижний 5 пояса, центральный рессорный проем 8. Места радиусных переходов (обозначены на фиг.1 широкой и жирной черной линией), (например 9-10 - радиусные переходы буксового проема), сечения в этих местах (фиг.2, 3, 4) имеют -образную форму, вершина 13 ее центральной части 11 направлена по оси 12 во внутрь рамы, не выходя за ее габариты.
При работе устройства ударные нагрузки, благодаря заявляемой конструкции, распределяются равномерно, не концентрируясь в одном месте, кроме того, места радиусных переходов усилены и могут выдержать по ударным нагрузкам и изгибающим моментам в 1,3 раза больше циклов, чем прочие предыдущие испытания боковых рам. Экспериментально доказано и то, что в местах наибольших нагрузок не образуются тепловые узлы, в которых концентрируется усадочная пористость и иные дефекты. Упрочнение и облегчение конструкции связано с изменением технологии ее изготовления, которая основывается на методе направленной кристаллизации при определенных условиях литья и охлаждения отливки.
Изобретение «промышленно применимо». Оно не потребовало больших материальных затрат на изготовление модельной оснастки, так как используется существующая оснастка с вводом элемента, создающего -образную форму сечения в стержневых ящиках буксового проема и в литниковой системе нижнего пояса (на две отливки в форме). Изготовлен опытный образец боковой рамы.
Изобретение обладает повышенной прочностью и надежностью, простое и легкое по конструкции и изготовлению.