Вагон-платформа сочлененного типа (варианты)
ARTICULATED FLAT CAR (OPTIONS)

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к открытым грузовым вагонам - платформам сочлененного типа для перевозки крупногабаритных и крупнотоннажных грузов.
Известно, что подвижной состав железнодорожного транспорта в ряде случаев состоит из сочлененных вагонов, соединенных между собой с помощью специального шарнирного устройства – узла сочленения. Данный узел должен выдерживать нормативные продольные, поперечные, вертикальные нагрузки, возникающие во всех направлениях во время движения железнодорожного транспорта.
Известна конструкция шарнирного узла соединения грузовых вагонов (патент RU 161501, МПК B61G 5/02, B61D 3/10, опубл. 17.07.2015), которая состоит из пятниковой и поводковой частей. Пятниковая часть имеет внутри корпуса поверхности для сопряжения с поводковой частью по опорной поверхности и упорной поверхности через вкладыши, при этом поверхности сопряжения подвижных деталей между собой имеют сферическую форму. Общая сборка узла соединения производится посредством вертикально установленного стержня, соединяющего пятниковую и поводковую части между собой.
Недостатком данной конструкции шарнирного узла соединения грузовых вагонов является сложность её изготовления, особенно отливки пятниковой части, наличие большого количества деталей сложной формы, которые сопрягаются между собой по сферическим поверхностям, малая площадь опорной поверхности между поводковой и пятниковой частями, незащищенность пар трения от попадания пыли и посторонних предметов и, как следствие, её низкая надежность и ремонтопригодность.
Известна конструкция устройства шарнирного типа для сочленения вагонов (патент RU 147170, МПК B61G 1/00, опубл. 07.08.2014). Устройство состоит из пятниковой части и шарнирной части, при этом пятниковая часть имеет на одном конце хвостовик коробчатой формы, на втором конце имеет пятник в нижней части и боковые продольные стенки над пятником, в полость между которыми в продольном направлении входит упомянутая шарнирная часть, имеющая хвостовик прямоугольной формы на одном конце, а на другом конце, входящем между боковыми стенками пятниковой части, имеет цилиндрическое сквозное отверстие с осью, перпендикулярной оси пути, с плотно установленной в нем обоймой со сферической внутренней поверхностью, внутри которой расположен шар, плотно прилегающий к внутренней поверхности обоймы, с выступающими из него с двух сторон по оси отверстия валами, имеющими с одной стороны цилиндрическую форму с осью, перпендикулярной оси пути, а с противоположной стороны имеющими плоскую форму, упомянутые валы входят в отверстия в боковых продольных стенках пятниковой части, имеющие с одной стороны цилиндрическую форму с осью, перпендикулярной оси пути, а с противоположной стороны имеющие плоскую форму, валы закрепляются клиньями, установленными между плоскими сторонами указанных отверстий и валов.
Недостатком такого технического решения является сложность конструкции, малая площадь сопряжения поверхности шара с поверхностью обоймы в шарнирной части, сложность сборки, что повышает трудоемкость изготовления, снижает надежность и ремонтопригодность.
Известна конструкция сочлененного вагона - платформы, состоящего из двух несущих частей рамы с автосцепками и с установленными центральными и концевыми фитинговыми упорами, и соединенных последовательно друг с другом узлом сочленения, и установленных на три ходовые тележки, при этом база вагона - платформы составляет 13000-15000 мм, полубаза вагона - платформы составляет 6500-7500 мм, длина вагона - платформы по осям сцепления автосцепок составляет 18000-21000 мм; на каждой несущей части рамы над настилом пола установлена турникетная опора для перевозки крупнотоннажного контейнера, при этом каждая турникетная опора содержит поворотную площадку; турникетные опоры снабжены опорными скользунами, которые опираются на поперечную балку. Наличие турникетной опоры позволяет располагать дополнительный контейнер непосредственно над узлом сочленения (патент RU 178 602, МПК B61D 3/10, опубл. 11.04.2018)..
Недостатком такого технического решения является то, что при размещении грузов над узлом сочленения снижается безопасность перевозки грузов. Кроме этого, узел сочленения может быть произвольной конструкции, что может сказаться на надёжности вагона-платформы.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является сочлененный железнодорожный вагон, в которой одна нижняя рама опирается вблизи одного из ее концов на тележку и имеет поперечно расположенные обращенные вверх крюки на этом конце, вертикальные звенья, подвешенные на указанных крюках, и вторая нижняя рама, имеющая обращенные вниз крюки на своем конце, примыкающем к первой нижней раме, причем обращенные вниз крюки опираются на указанные звенья и образуют с ними единственную опору смежного конца второй нижней рамы, и тяговое средство, содержащее дышло, шарнирно закрепленное на второй нижней раме на горизонтальной оси и универсально шарнирно закрепленное на первой нижней раме (патент US 3371622 A, МПК  B61D3/184, опубл. 05.03.1968)..
Недостатком такого технического решения является сложность конструкции, сложность сборки, что повышает трудоемкость изготовления, снижает надежность и ремонтопригодность.
Задачей изобретения является создание вагона-платформы с большой грузоподъёмностью, с обеспечением безопасности перевозки грузов, с использованием разборного устройства шарнирного типа для сочленения вагонов, технологичным в изготовлении и с повышенной надежностью и ремонтопригодностью.
Техническим результатом является простота изготовления, повышение надежности и ремонтопригодности конструкции.
Указанный технический результат достигается благодаря созданию вагона-платформы, содержащего две смежные рамы, опирающиеся в зоне узла сочленения на общую ходовую тележку. Устройство шарнирного типа для сочленения вагонов включает в себя пятниковую и шарнирную части, при этом пятниковая часть состоит из пятника, хвостовика коробчатого сечения и корпуса с внутренней полостью. Внутри полости корпуса пятниковой части установлены нижний и верхний вкладыши, которые посредством прижимного фланца, закрепленного сверху на корпусе, удерживают шар, плотно прилегающий по своей сферической поверхности к внутренним сферическим поверхностям вкладышей. Шар имеет вал переменного по высоте сечения, ось симметрии которого совпадает с осью отверстия, выполненного в шаре с противоположной стороны от вала и являющегося геометрическим центром поворота тележки, причем вал шара жестко закреплен в поводковом элементе шарнирной части.
Вариантом исполнения является вагон-платформа, в котором в устройстве сочленения шар крепится к шарнирной части с помощью вала конической формы и переходной втулки, имеющих конические сопрягаемые поверхности.
Признаками изобретения являются:
1) Вагон-платформа,
2) содержащий две смежные рамы, оборудованные фитинговыми упорами, автосцепное и тормозное оборудование,
3) смежные рамы соединены узлом сочленения и опираются в зоне узла сочленения на общую ходовую тележку,
4) устройство шарнирного типа для сочленения вагонов, содержащее пятниковую и шарнирную части,
5) пятниковая часть устройства содержит пятник, переходящий в корпус с внутренней полостью,
6) внутри внутренней полости установлены нижний и верхний вкладыши,
7) вкладыши удерживают шар, плотно прилегающий к внутренним сферическим поверхностям вкладышей,
8) шар имеет в своем составе вал переменного по высоте сечения, ориентированный вертикально вверх, с помощью которого шар жестко фиксируется в шарнирной части устройства,
9) фиксация вкладышей и плотный контакт с шаром осуществляется за счет прижимного фланца, крепящегося сверху к корпусу пятниковой части с помощью болтовых соединений,
10) между нижним вкладышем и прижимным фланцем установлена тарельчатая пружина,
11) пятник, нижний вкладыш и шар с валом имеют отверстия под шкворень, которые располагаются на одной оси, являющейся геометрическим центром поворота тележки вагона,
12) шарнирная часть имеет поводковый элемент с отверстием для сопряжения с валом шара,
13) шарнирная часть имеет опустошение для облегчения веса конструкции,
14) пятниковая и шарнирная части имеют также в своем составе и выполненные с ними заодно хвостовики коробчатого сечения, предназначенные для крепления в хребтовой балке вагона с помощью сварки, либо заклепок,
15) в месте перехода поводкового элемента шарнирной части к хвостовику коробчатого сечения предусмотрены ребра жесткости,
16) шар крепится к шарнирной части с помощью вала конической формы и переходной втулки, имеющих конические сопрягаемые поверхности (вариант исполнения 2),
17) полубаза вагона-платформы составляет 9000-12000 мм,
18) база вагона-платформы составляет 18000-24000 мм,
19) длина по осям сцепления автосцепок вагона-платформы составляет 28500-29500 мм.
Признаки 1-5, 12, 14 являются общими с прототипом, признаки 6-11, 13, 15, 16 являются существенными отличительными признаками изобретения. Признаки 17-19 являются дополняющими признаками заявляемого изобретения.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен сочлененный вагон-платформа, на фиг. 2 изображено устройство шарнирного типа для сочленения вагонов в разрезе, на фиг. 3 – вариант исполнения 2 вала шара и способа крепления шара в поводковом элементе шарнирной части устройства, на фиг. 4 – фрагмент фиксации вкладышей прижимным фланцем с применением тарельчатой пружины, на фиг. 5 – общий вид устройства в изометрии.
Первый вариант исполнения. Вагон-платформа (фиг. 1) содержит две смежные рамы 1, оборудованные фитинговыми упорами 2, автосцепное 3 и тормозное 4 оборудование, а также устройство шарнирного типа для сочленения вагонов 5, включающее в себя пятниковую 6 и шарнирную 7 части (фиг. 2, 5). Смежные рамы 1, соединенные устройством сочленения 5, опираются в зоне узла сочленения на общую ходовую тележку 8 (фиг. 1). Устройство шарнирного типа для сочленения вагонов 5 выполнено разборным, и его части выполнены методом литья. Пятниковая часть 6 устройства состоит из пятника 9, переходящего в корпус 10 с внутренней полостью, внутри которой установлены нижний 11 и верхний 12 вкладыши, которые удерживают шар 13, плотно прилегающий к внутренним сферическим поверхностям вкладышей 11 и 12 и имеющий вал 14 переменного по высоте сечения с резьбой на конце, с помощью которого шар 13 жестко фиксируется в поводковом элементе 15 шарнирной части 7 устройства. Фиксация вкладышей 11, 12 и плотный контакт с шаром 13 осуществляется за счет прижимного фланца 16, крепящегося сверху к корпусу 10 пятниковой части 6 с помощью болтовых соединений. Нижний 11 и верхний 12 вкладыши установлены с зазором между собой. Верхний вкладыш 12 имеет в верхней части отверстие с размером, превышающим наибольший размер вала 14 в основании с шаром 13. Между верхним вкладышем 12 и прижимным фланцем 16 установлена тарельчатая пружина 17 в сжатом состоянии (фиг. 4). Пятник 9, нижний вкладыш 11 и шар 13 с валом 14 имеют отверстия под шкворень (позицией не обозначен), которые располагаются на одной вертикальной оси, являющейся геометрическим центром поворота тележки вагона, при этом диаметр отверстия в шаре 13 больше диаметров отверстий в пятнике 9 и вкладыше 11. Шарнирная часть 7 имеет поводковый элемент 15 с отверстием под вал 14 шара 13, а также опустошение 18, для облегчения веса конструкции (фиг. 2). Пятниковая 6 и шарнирная 7 части имеют в своем составе хвостовики 19 коробчатого сечения, предназначенные для крепления к хребтовой балке вагона с помощью сварки, либо заклепок. В месте перехода поводкового элемента 15 шарнирной части 7 к хвостовику 19 предусмотрены ребра жесткости 20. Диаметр шара 13 может составлять 250-350 мм. Отверстие в прижимном фланце 16 для выхода вала 14 шара 13 может быть закрыто грязезащитным кожухом.
Полубаза вагона-платформы L 1 составляет 9000-12000 мм. База вагона-платформы L 2 составляет 18000-24000 мм. Длина по осям сцепления автосцепок вагона-платформы L 3 составляет 28500-29500 мм.
Второй вариант исполнения. Все элементы устройства (фиг. 2) повторяются из устройства первого варианта исполнения, но только шар 13 устройства для сочленения вагонов 5 крепится к шарнирной части 7 с помощью вала 14 конической формы и переходной втулки 21, имеющих конические сопрягаемые поверхности (фиг. 3).
Вагон-платформа работает следующим образом. В пятнике, нижнем вкладыше и шаре выполнены отверстия для размещения шкворня тележки вагона. Оси этих отверстий, а также ось вала и центр шара, совпадают с осью шкворня, являющейся геометрическим центром поворота тележки вагона, причем вал шара жестко закреплен в поводковом элементе шарнирной части резьбовой гайкой. Вкладыши имеют внутреннюю сферическую поверхность, обеспечивающую максимальную площадь контакта с шаром, выполняющим функцию шарнирного соединения и несущим все эксплуатационные нагрузки. Детали, имеющие контактные поверхности и подвергающиеся повышенному износу, такие как шар с валом и вкладыши – выполняются из износостойких материалов или имеют неметаллическое износостойкое покрытие, увеличивая межремонтный срок эксплуатации. Крепление прижимного фланца к корпусу с помощью болтовых соединений обеспечивает надежную фиксацию вкладышей и шара и упрощает процесс их постановки и извлечения при изготовлении и ремонте устройства. Сборка деталей осуществляется с минимальными допусками, что предотвращает появление чрезмерного люфта и, соответственно, ударных нагрузок.
Использование предложенной конструкции обеспечивает три степени свободы сочлененным вагонам, повышает технологичность изготовления, надежность и ремонтопригодность устройства для сочленения вагонов за счет применения в качестве шарнира шара, обеспечения большой площади сопряжения поверхности шара с вкладышами, герметичности пар трения и использования в конструкции небольшого количества деталей.