РАМА ГРУЗОВОГО ВАГОНА

Предложенная полезная модель относится к области железнодорожного транспорта, а именно к конструкциям рам грузового вагона, и может быть использована в грузовых вагонах, например, в вагонах-платформах.
Из уровня техники известна рама грузового вагона (Патент России на полезную модель №199815, опубликован 21.09.2020), включающая хребтовую балку, две боковые, две концевые балки, промежуточные балки и два шкворневых узла с нижними листами, причем по концам каждого нижнего листа выполнены выступающие части, имеющие с ним плавный переход и соединенные с боковой балкой по всей длине сварным швом.
Известна рама грузового вагона (Патент России на полезную модель №202485, опубликован 19.02.2021), принятая за прототип, включающая в себя центральную балку, состоящую из двух консолей, соединенную с боковыми балками через раскосы, концевые балки и шкворневые балки, включающие в себя верхние и нижние листы.
Недостатком известных технических решений, в том числе прототипа, является высокая металлоемкость конструкции рамы, и как следствие увеличенная масса тары грузового вагона и его пониженная грузоподъемность.
Предлагаемой полезной моделью решается техническая проблема высокой металлоемкости конструкции рамы грузового вагона.
Технический результат заключается в снижении массы тары и металлоемкости конструкции рамы грузового вагона при сохранении ее прочности.
Технический результат достигается тем, что рама грузового вагона содержит центральную балку, боковые балки, концевые балки и шкворневые балки, включающие в себя верхние и нижние листы, причем верхний лист шкворневой балки выполнен из центральной части и боковых частей, причем толщина центральной части задана из диапазона от 14 до 16 мм,  ширина центральной части задана из диапазона от 680 до 950 мм, а толщина боковых частей задана из диапазона от 8 до 12 мм, ширина боковых частей задана из диапазона от 300 до 600 мм.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что нижний лист шкворневой балки выполнен из центральной части и боковых частей, причем толщина центральной части задана из диапазона от 14 до 16 мм, ширина центральной части задана из диапазона от 825 до 1175 мм, а толщина боковых частей задана из диапазона от 8 до 12 мм, ширина боковых частей задана из диапазона от 310 до 660 мм.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что центральная часть и боковые части верхнего листа шкворневой балки соединены между собой посредством сварки, причем сварные швы расположены в зонах с наименьшими напряжениями.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что центральная часть и боковые части нижнего листа шкворневой балки соединены между собой посредством сварки, причем сварные швы расположены в зонах с наименьшими напряжениями.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется фигурами, на которых показано:
Фиг.1 – общий вид рамы, где 1 – центральная балка, 2 – боковые балки, 3 – концевые балки, 4 – шкворневые балки.
1
2
Фиг.2 – вид сверху на балку шкворневую в составе рамы, где 4 – шкворневая балка, 5 – верхний лист шкворневой балки, 5.1 – центральная часть верхнего листа шкворневой балки, 5.2 – боковые части верхнего листа шкворневой балки, a – ширина центральной части верхнего листа шкворневой балки, b – ширина боковой части верхнего листа шкворневой балки, s –  толщина центральной части 5.1, s –  толщина боковых частей 5.2.
3
4
Фиг.3 – вид снизу на балку шкворневую в составе рамы, где 4 – шкворневая балка, 6 – нижний лист шкворневой балки, 6.1 – центральная часть нижнего листа шкворневой балки, 6.2 – боковые части нижнего листа шкворневой балки, c – ширина центральной части нижнего листа шкворневой балки, d – ширина боковой части нижнего листа шкворневой балки, s –  толщина центральной части 6.1, s –  толщина боковых частей 6.2.
Фиг.4 – результат расчета 3D-модели, иллюстрированный в распределении напряжений (МПа), в консольной части рамы в узле крепления шкворневой балки (вид сверху).
Фиг.5 – результат расчета 3D-модели, иллюстрированный в распределении напряжений (МПа), в консольной части рамы в узле крепления шкворневой балки (вид снизу).
1
1
2
2
Рама грузового вагона (Фиг.1) содержит центральную балку 1, состоящую из двух консолей, соединенную с боковыми балками 2 через раскосы, концевые балки 3 и шкворневые балки 4, включающие в себя верхние листы 5 и нижние листы 6.  Верхний лист 5 шкворневой балки 4 выполнен из центральной части 5.1 и боковых частей 5.2. Толщина s центральной части 5.1 задана из диапазона от 14 до 16 мм, в предпочтительном варианте выполнения толщина sцентральной части 5.1 равна 15 мм, а ширина (а) центральной части 5.1 задана из диапазона от 680 до 950 мм. Толщина sбоковых частей 5.2 верхнего листа 5 шкворневой балки 4 задана из диапазона от 8 до 12 мм, в предпочтительном варианте выполнения толщина sбоковых частей 5.2 равна 10 мм, а ширина (b) боковых частей 5.2 задана из диапазона от 300 до 600 мм (Фиг.2).
3
3
4
4
Нижний лист 6 шкворневой балки 4 также выполнен из центральной части 6.1 и боковых частей 6.2, причем толщина sцентральной части 6.1 задана из диапазона от 14 до 16 мм, в предпочтительном варианте выполнения толщина sцентральной части 6.1 равна 15 мм, а ширина (c) центральной части 6.1 задана из диапазона от 825 до 1175 мм. Толщина sбоковых частей 6.2 задана из диапазона от 8 до 12 мм, в предпочтительном варианте выполнения толщина sбоковых частей 6.2 равна 10 мм, а ширина (d) боковых частей 6.2 задана из диапазона от 310 до 660 мм (Фиг.3).
Центральная часть 5.1 и боковые части 5.2 верхнего листа 5 шкворневой балки 4, а также центральная часть 6.1 и боковые части 6.2 нижнего листа 6 шкворневой балки 4 соединены между собой посредством сварки, причем сварные швы расположены в зонах с наименьшими напряжениями, что дополнительно повышает прочность и усталостную прочность конструкции рамы.
1
2
За счет выполнения верхнего листа 5 шкворневой балки 4 из нескольких частей разной толщины и ширины, а именно из центральной части 5.1 толщиной s, заданной из диапазона от 14 до 16 мм, и шириной (а), заданной из диапазона от 680 до 950 мм, и боковых частей 5.2 толщиной s, заданной из диапазона от 8 до 12 мм, и шириной (b), заданной из диапазона от 300 до 600 мм, снижается металлоемкость конструкции рамы, при этом сохраняется прочность шкворневой балки 4.
1
2
1
2
При толщине sцентральной части 5.1 менее 14 мм и толщине sбоковых частей 5.2 менее 8 мм не достигаются необходимые показатели прочности и усталостной прочности конструкции рамы, а при толщине sцентральной части 5.1 более 16 мм и толщине sбоковых частей 5.2 более 12 мм повышается металлоемкость конструкции рамы грузового вагона, что приводит к увеличению массы тары грузового вагона и снижению грузоподъёмности. При ширине (а) центральной части 5.1 менее 680 мм и ширине (b) боковых частей 5.2 более 600 мм не достигаются необходимые показатели прочности и усталостной прочности конструкции рамы, поскольку в этом случае сварные швы, соединяющие центральную часть 5.1 и боковые части 5.2, сместятся в зоны наибольших напряжений. При ширине (а) центральной части 5.1 более 950 мм и ширине (b) боковых частей 5.2 менее 300 мм повышается металлоемкость конструкции рамы вагона, а также увеличивается расход металла при раскрое.
3
4
За счет выполнения нижнего листа 6 шкворневой балки 4 из нескольких частей разной толщины и ширины, а именно из центральной части 6.1 толщиной s, заданной из диапазона от 14 до 16 мм, и шириной (c), заданной из диапазона от 825 до 1175 мм, и боковых частей 6.2 толщиной s, заданной из диапазона от 8 до 12 мм, и шириной (d), заданной из диапазона от 310 до 660 мм, также дополнительно снижается металлоемкость конструкции рамы, при этом сохраняется прочность шкворневой балки 4.
3
4
3
4
При толщине sцентральной части 6.1 менее 14 мм и толщине sбоковых частей 6.2 менее 8 мм не достигаются повышенные показатели прочности и усталостной прочности конструкции рамы, а при толщине sцентральной части 6.1 более 16 мм и толщине sбоковых частей 6.2 более 12 мм дополнительно не снижается металлоемкость конструкции рамы. При ширине (c) центральной части 6.1 менее 825 мм и ширине (d) боковых частей 6.2 более 660 мм не достигаются повышенные показатели прочности и усталостной прочности конструкции рамы, поскольку в этом случае сварные швы, соединяющие центральную часть 6.1 и боковые части 6.2, сместятся в зоны наибольших напряжений. При ширине (c) центральной части 6.1 более 1175 мм и ширине (d) боковых частей 6.2 менее 310 мм дополнительно не снижается металлоемкость конструкции рамы.
Напряжения в верхнем листе 5 и нижнем листе 6 шкворневой балки 4 предлагаемой конструкции не превышают допустимые значения, что подтверждается результатами расчета 3D-модели, иллюстрированными в распределении напряжений (МПа) в консольной части рамы в узле крепления шкворневой балки (Фиг.4, Фиг.5).
Таким образом, как показано в вышеприведённом описании полезной модели, достигается технический результат, заключающийся в снижении массы тары и металлоемкости конструкции рамы грузового вагона за счет выполнения листов шкворневых балок из нескольких частей разной толщины в предлагаемых диапазонах значений при сохранении прочности рамы за счет выполнения листов шкворневых балок шириной в предлагаемых диапазонах значений.
Предложенное техническое решение может быть использовано в известных из уровня техники грузовых вагонах, например, в вагонах-платформах.