ВАГОН-САМОСВАЛ

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, а именно к грузовым вагонам типа думпкар, предназначенным для перевозки сыпучих и кусковых грузов и снабженным устройством для механизированной разгрузки.
Из патента РФ № 2428336 на изобретение известен саморазгружающийся вагон типа думпкар, включающий верхнюю раму с осями поворота кузова, состоящую из поперечных балок, соединенных с продольными балками, и верхнего и нижнего листов, между которыми закреплены деревянные брусья или другие упругие элементы, нижнюю раму, содержащую хребтовую балку с разгрузочными цилиндрами, расположенными по обеим ее сторонам, при этом верхняя рама, ширина которой равна расстоянию между осями поворота кузова, оперта нижним листом непосредственно на хребтовую балку нижней рамы.
Недостатком вагона типа думпкар по патенту № 2428336 является его недостаточная надежность, обусловленная тем, что оси поворота кузова закреплены непосредственно на поперечных балках верхней рамы. Следовательно, при повороте кузова вокруг осей, расположенных на одной стороне от продольной оси вагона, поперечные балки верхней рамы, к которым прикреплены оси поворота кузова, испытывают дополнительные нагрузки от веса кузова через оси поворота кузова, что с течением времени приводит к усталостным деформациям поперечных балок и к возникновению дефектов в местах крепления осей поворота кузова.
Из патента РФ № 2461479 на изобретение известен саморазгружающийся вагон типа думпкар с осями поворота кузова, совмещенными с осями крепления штоков разгрузочных цилиндров к верхней раме, включающий нижнюю раму с разгрузочными цилиндрами, кузов, включающий борта и верхнюю раму с продольными элементами, в которых закреплены петли с осями поворота борта, при этом продольные элементы рамы с закрепленными в них петлями с осями поворота борта расположены слева или справа от штока над крышкой разгрузочных цилиндров, и борт петлями при разгрузке опирается на шкворневые и цилиндровые кронштейны нижней рамы.
Недостатком вагона типа думпкар по патенту № 2461479 является его недостаточная грузоподъемность, обусловленная тем, что ширина верхней рамы меньше, чем ширина поперечной цилиндровой или шкворневой балок нижней рамы для обеспечения размещения и закрепления по краям указанных балок кронштейнов с отверстиями, в которых установлены оси поворота кузова, совмещенные с осями крепления штоков разгрузочных цилиндров. В связи с этим ширина кузова в нижней части уже, чем ширина кузова в верхней части, т.е. в поперечном сечении кузов думпкара по патенту № 2461479 имеет трапециевидную форму.
Из патента РФ № 2582583 на изобретение известен вагон типа думпкар, включающий кузов, нижнюю раму, верхнюю раму, разгрузочные цилиндры, механизм открывания и закрывания бортов, расположенный на торцевой стенке вагона, включающий два звена, закрепленных нижними концами на нижней раме с возможностью поворота, а верхние концы посредством третьего горизонтального звена осями связаны между собой, а также с тягами, вторые концы которых осями связаны с соответствующим бортом, соединенным осью с верхней рамой кузова, при этом нижние концы двух звеньев закреплены осями на нижней раме симметрично центральной продольной оси вагона, а третье горизонтальное звено выполнено из двух частей, соединенных муфтой с резьбой, кроме того, на торце вагона закреплены направляющие, в которых установлены оси верхних концов звеньев.
Недостатком вагона типа думпкар по патенту № 2582583 является его недостаточная грузоподъемность, обусловленная тем, что в силу особенностей конструкции механизма поворота кузова, для обеспечения полного поворота кузова ширина верхней рамы должна соответствовать ширине нижней рамы. При этом ширина кузова в нижней части уже, чем ширина кузова в его верхней части, т.е. в поперечном сечении кузов думпкара по патенту № 2582583 имеет трапециевидную форму.
Из патента РФ № 2501687 на изобретение известен саморазгружающийся вагон типа думпкар, включающий верхнюю раму с осями поворота кузова, нижнюю раму с хребтовой балкой с закрепленными на ней по обеим сторонам разгрузочными цилиндрами, при этом верхняя рама выполнена из одного листа, прочность и жесткость которого выбрана с учетом динамических и статических нагрузок, которые возникают в процессе эксплуатации думпкара заданной грузоподъемности, опирающегося по краям на продольные балки и прикрепленные к ним связывающие продольные балки с листом кронштейны с закрепленными в них осями поворота кузова, а в средней части - на упругие элементы, закрепленные на хребтовой балке по всей ее длине.
Недостатком вагона типа думпкар по патенту № 2501687 является его недостаточная грузоподъемность, обусловленная значительным расстоянием между верхней и нижней рамами из-за наличием упругих элементов, установленных между ними. Кроме того, в силу особенностей крепления механизма поворота кузова вагона и разгрузочных цилиндров со штоками, ширина верхней рамы соответствует ширине  нижней рамы. Т.е. в поперечном сечении кузов думпкара по патенту № 2501687 имеет трапециевидную форму.
Из патента РФ № 148747 на полезную модель известен саморазгружающийся вагон типа думпкар, включающий кузов вагона с продольной балкой пола кузова, нижнюю раму вагона, состоящую из хребтовой балки, двух шкворневых балок с опорами для поворота кузова, четырех цилиндровых балок с кронштейнами, при этом на верхнем листе хребтовой балки установлены упоры, ограничивающие перемещение кузова относительно нижней рамы, при этом между хребтовой балкой вагона и продольной балкой пола кузова установлены проставки, обеспечивающие опирание кузова на хребтовую балку, при этом упоры, ограничивающие перемещение кузова в продольном направлении, выполнены единым элементом со шкворневой балкой, а между опорами для поворота кузова и шкворневой балкой увеличена длина сварных швов.
Вагон типа думпкар по патенту № 148747 выбран в качестве наиболее близкого аналога.
Недостатком вагона типа думпкар по патенту № 148747 является его недостаточная грузоподъемность, обусловленная значительным расстоянием между верхней и нижней рамами из-за наличия продольной балки пола, установленной между ними, а также из-за выступающих за пределы габаритов поперечных и продольных балок по периметру верхней рамы поперечных балок, в которых закреплены петли с осями поворота кузова.
Техническая проблема, решаемая предлагаемой полезной моделью, - создание вагона самосвала типа думпкар надежного в эксплуатации, обладающего более высокой грузоподъемностью, по сравнению с аналогами.
Технический результат, достигаемый полезной моделью, - повышение грузоподъемности вагона-самосвала типа думпкар при сохранении его надежности; расширение арсенала вагонов-самосвалов для перевозки грузов.
Технический результат достигается за счет того, что в вагоне-самосвале, содержащем кузов, цилиндры разгрузки со штоками, верхнюю раму, нижнюю раму, содержащую хребтовую балку, две шкворневые балки с опорами для поворота кузова, поперечные цилиндровые балки с опорами для поворота кузова, шкворневые и поперечные цилиндровые балки выполнены  с переменной высотой, при этом высота шкворневых и поперечных цилиндровых балок в средней части соответствует высоте хребтовой балки, уровень верхнего пояса по краям шкворневых и поперечных цилиндровых балок расположен ниже, чем уровень верхнего пояса указанных балок в их средней части, опоры для поворота кузова закреплены на верхнем поясе по краям шкворневых и поперечных цилиндровых балок, согласно полезной модели верхняя рама содержит поперечные и продольные балки, не выходящие за габариты поперечных и продольных балок, ограничивающих верхнюю раму по наружному периметру, верхняя рама снабжена кронштейнами, расположенными с противоположных сторон каждой опоры для поворота кузова, с образованием пар кронштейнов, кронштейны каждой пары жестко соединены с вертикальными стенками соседних поперечных балок верхней рамы,  кронштейны каждой пары выступают вниз за пределы поперечных балок, с которыми они соединены и выполнены в указанной выступающей части с отверстиями для размещения и закрепления в них оси поворота кузова, предназначенной для размещения в опоре для поворота кузова.
Кронштейны могут быть соединены с поперечными балками верхней рамы посредством сварки.
Кронштейны каждой пары жестко соединены с обращенными навстречу друг к другу вертикальными стенками соседних поперечных балок верхней рамы.
Заявляемая полезная модель поясняется чертежами, изготовленными на основе 3D-модели заявляемого вагона-самосвала.
На фиг. 1 - общий вид заявляемого вагона-самосвала.
На фиг. 2 представлен общий вид нижней рамы (с ракурсом сверху).
На фиг. 3 представлен частичный общий вид заявляемого вагона-самосвала (с ракурсом снизу).
На фиг. 4 показан частичный общий вид заявляемого вагона-самосвала (с ракурсом снизу) в большем масштабе.
На фиг. 5 показан вид заявляемого вагона-самосвала с торца.
Позиции на фигурах:
1 - кузов;
2 - верхняя рама;
3 - нижняя рама;
4 - хребтовая балка;
5 - шкворневые балки;
6 - опоры для поворота кузова;
7 - поперечные цилиндровые балки;
8 - верхний пояс шкворневых и поперечных цилиндровых балок;
9 - нижний пояс шкворневых и поперечных цилиндровых балок;
10 - боковые стенки шкворневых и поперечных цилиндровых балок;
11 - поперечные балки верхней рамы;
12 - продольные балки верхней рамы;
13 - поперечные балки, ограничивающие верхнюю раму по периметру;
14 - продольные балки, ограничивающие верхнюю раму по периметру;
15 - кронштейны верхней рамы;
16 - ось поворота кузова;
17 - цилиндры разгрузки;
18 - шток цилиндра разгрузки.
Заявляемый вагон-самосвал содержит кузов 1, цилиндры 17 разгрузки со штоками 18; верхнюю раму 2; нижнюю раму 3, содержащую хребтовую балку 4, две шкворневые балки 5 с опорами 6 для поворота кузова; поперечные цилиндровые балки 7 с опорами 6 для поворота кузова, шкворневые и поперечные цилиндровые балки выполнены  с переменной высотой; при этом высота шкворневых 5 и поперечных цилиндровых 7 балок в средней части соответствует высоте хребтовой балки 4; уровень верхнего пояса по краям шкворневых 5 и поперечных 7 цилиндровых балок расположен ниже, чем уровень верхнего пояса 8 указанных балок в их средней части; опоры 6 для поворота кузова закреплены на верхнем поясе 8 по краям шкворневых 5 и поперечных 7 цилиндровых балок. Верхняя рама 2  содержит поперечные 11 и продольные 12 балки, не выходящие за габариты поперечных 13 и продольных 14 балок, ограничивающих верхнюю раму 2 по наружному периметру; верхняя рама 2 снабжена кронштейнами 15, расположенными с противоположных сторон каждой опоры 6 для поворота кузова 1, с образованием пар кронштейнов 15; кронштейны 15 каждой пары жестко соединены посредством сварки с обращенными друг к другу вертикальными стенками соседних поперечных балок 11 верхней рамы 2;  кронштейны 15 каждой пары выступают вниз за пределы поперечных балок 11, с которыми они соединены и выполнены в указанной выступающей части с отверстиями для размещения и закрепления в них оси 16, предназначенной для размещения в опоре 6 для поворота кузова 1.
Крепление кронштейнов 15 к вертикальным стенкам поперечных балок 11 верхней рамы 2 позволяет обеспечить их надежное и прочное взаимное соединение по большой площади контакта. При этом такое соединение кронштейнов 15 с поперечными балками 11 позволяет расположить кронштейны 15 (в их крепежной части) максимально в габаритах полости между соседними поперечными балками 11. При этом выступающие участки кронштейнов 15 с отверстиями для размещения осей 16 будут расположены над краями балок 5 и 7. Одновременное размещение опор 6 для осей 16 на крайних участках балок 5 и 7, уровень расположения которых ниже, чем уровень указанных балок 5 и 7 в их средней части, позволяет максимально приблизить верхнюю раму 2 к нижней раме 3 при обеспечении надежной и прочной конструкции вагона за счет надежного крепления кронштейнов 15. Надежность заявляемого вагона по сравнению с наиболее близким аналогом сохранена, т.к. в заявляемом вагоне-самосвале не введены какие-либо дополнительные конструктивные элементы, способные повлиять негативным образом на надежность вагона. В заявляемом вагоне-самосвале ось 16 размещена в отверстиях (выполняющих функцию петель), выполненных в кронштейнах 15, а не в поперечных балках 11 (целостность которых не нарушена), в то время как в наиболее близком аналоге ось поворота кузова размещена в петлях, выполненных непосредственно в поперечных балках, что, безусловно, ослабляет балки, создает в них дополнительные зоны напряжения.
При креплении кронштейнов 15 каждой пары к обращенным навстречу друг к другу вертикальным стенкам соседних поперечных балок 11 верхней рамы 2 (т.е. при расположении поперечных балок 11, к которым крепятся кронштейны каждой пары на расстоянии друг от друга), появляется возможность выполнить опоры 6 с более глубокими выемками для размещения осей 16. Т.е. появляется возможность более глубокого размещения осей 16 в выемках опор 6 (за счет возможности частичного размещения краев опор 6 выше оси 16 в полости между балками 11). При таком более глубоком размещении осей 16 в опорах 6 будет обеспечиваться большая надежность узла опирания кузова 1 на нижнюю раму 2, будет существенно снижена вероятность деформации, повреждения опоры 6 (ее крайних участков) от воздействия оси 6 при повороте кузова 1, а также будет полностью исключена вероятность выхода оси 16 из выемки опоры 6.
Максимальное приближение кузова 1 (вследствие максимального возможного приближения верхней рамы 2 к нижней раме 3) позволяет выполнить кузов, подняв его вверх до максимально возможных габаритов вписывания. Что позволит увеличить объем кузова и, соответственно, его грузоподъемность.
В процессе транспортировки ось 16 опирается на внутреннюю дугообразную поверхность (выемку) опоры 6, кузов 1 находится при этом в исходном положении, при котором верхняя рама 2 ориентирована горизонтально.
При разгрузке заявляемого вагона-самосвала под воздействием на нижнюю часть кузова 1 штоков цилиндров разгрузки, закрепленных в цилиндровых балках 7, расположенных с одной стороны от хребтовой балки 4, кузов 1 поднимается с этой стороны, при этом оси 16, расположенные с противоположной стороны хребтовой балки 4 беспрепятственно проворачиваются в опорах 6.
Борта кузова вагонов-самосвалов под воздействием соответствующего механизма имеют возможность при разгрузке открываться.
По окончании разгрузки, борта и кузов приводятся в исходное транспортировочное положение, вагон-самосвал готов к последующей загрузке и разгрузке.
Заявляемый вагон-самосвал в полной мере обеспечивает транспортировку грузов, а также последующую беспрепятственную разгрузку.
Объем кузова заявляемого вагона-самосвала увеличен по сравнению с наиболее близким аналогом на 8-12%, что установлено по результатам компьютерного моделирования.
Соответственно, грузоподъемность заявляемого вагона-самосвала также увеличена на 8-12%. При этом надежность заявляемого вагона-самосвала сохранена на надлежащем уровне.
Следовательно, заявляемая полезная модель позволяет обеспечить технический результат, заключающийся в повышении грузоподъемности вагона-самосвала типа думпкар при сохранении его надежности; расширении арсенала вагонов-самосвалов для перевозки грузов.