БОКОВАЯ РАМА ТЕЛЕЖКИ ГРУЗОВОГО ВАГОНА

Полезная модель относится к железнодорожному подвижному составу, в частности к конструкции литой боковой рамы тележки грузового вагона.
Известны различные конструкции боковых рам тележки грузового вагона. В частности, на чертеже (фиг.1) к патенту Российской Федерации на изобретение №2211127, 2003 г.изображена боковая рама тележки грузового вагона, содержащая верхний пояс замкнутого сечения с консолями, образующими буксовые проемы, нижний пояс замкнутого сечения с опорной площадкой для рессорного комплекта, два наклонных пояса замкнутого сечения, связывающие верхний и нижний пояса и центральный рессорный проем, ограниченный опорной площадкой для рессорного комплекта нижнего пояса, верхним поясом и наклонными поясами, при этом наружное подкрепляющее ребро расположено в зоне сопряжения верхнего и наклонных поясов.
Рама боковая трехэлементной тележки по патенту Российской Федерации на полезную модель №65006, 2007 г. выполнена в виде стальной отливки или сварной конструкции. В средней части боковой рамы расположен проем для центрального рессорного комплекта, а по концам - проемы для буксовых узлов колесных пар открытого или закрытого типа, при этом, согласно чертежу к патенту, наружное подкрепляющее ребро расположено в зоне сопряжения верхнего и наклонных поясов боковой рамы.
В патенте США №6543367, 2003, стенка боковой рамы в месте радиусного сопряжения верхнего и наклонного поясов боковой рамы выполнена увеличенной толщины, также имеются наклонные ребра на каждой из стенок наклонного пояса, подкрепляющие отверстие
облегчения, а в патенте США №4,351,242 1982 г., в месте сопряжения верхнего и наклонных поясов боковой рамы приварены усиливающие накладки.
Ближайшим аналогом полезной модели является боковая рама тележки грузового вагона по патенту США №5546869, 1996 г., содержащая верхний пояс замкнутого сечения с консолями, образующими буксовые проемы, нижний пояс замкнутого сечения с опорной площадкой для рессорного комплекта, два наклонных пояса замкнутого сечения, связывающие верхний и нижний пояса и центральный рессорный проем, ограниченный опорной площадкой для рессорного комплекта нижнего пояса, верхним поясом и наклонными поясами, описана конструкция боковой рамы с подкрепляющими наружными ребрами, изменяющими характер нагружения в зоне сочленения верхнего пояса рамы с ее боковыми поясами (фиг.2 и 2 А).
К недостаткам приведенных выше аналогов, в том числе ближайшего аналога, относится недостаточная прочность рамы в зоне сопряжения нижней стенки верхнего пояса с наклонным поясом, все случаи поломки рам при испытаниях и эксплуатации связаны с превышением допустимых напряжений в нижней части рамы на указанном участке сопряжения наклонных поясов с верхним поясом, в зоне технологических окон и внутренней радиусной части буксового проема.
Задачей, решаемой полезной моделью, является повышение надежности конструкции литых рам, повышение коэффициента запаса сопротивления усталости.
Литые боковые рамы имеют сложную конструкцию с полыми верхним, нижним и наклонными поясами. Для компенсации возможных дефектов в наиболее опасных зонах на известных конструкциях выполняют ребра или образуют местные утолщения стенок конструкции.
В заявленной полезной модели задача повышения надежности и повышения коэффициента запаса сопротивления усталости решается за счет изменения конструкции рамы, обеспечивающей создание условий для равномерной кристаллизации всех пяти стенок и получение плотного металла без усадочных рыхлот в наружных и внутренних стенках для упрочнения данного узла.
Для решения поставленной задачи боковая рама, содержащая верхний пояс замкнутого сечения с консолями, образующими буксовые проемы, нижний пояс замкнутого сечения с опорной площадкой для рессорного комплекта, два наклонных пояса замкнутого сечения с технологическими окнами, связывающие верхний и нижний пояса и центральный рессорный проем, ограниченный опорной площадкой для рессорного комплекта нижнего пояса, верхним поясом и наклонными поясами, снабжена симметрично расположенными относительно оси рамы изогнутыми (криволинейными) внутренними ребрами-перемычками, соединяющими боковые стенки рамы, причем каждое ребро проходит от, по меньшей мере, вдоль части верхнего пояса к, по меньшей мере, части наклонного пояса, включая полностью зону перехода от верхнего пояса к наклонному вблизи технологического окна.
Техническим результатом от использования полезной модели является повышение надежности и долговечности конструкции, улучшение конструкционной прочности рамы за счет устранения рыхлот и усадочных раковин в местах перехода от верхнего пояса к наклонному, снижения напряжений, увеличения устойчивости боковых стенок при нагрузке.
Достижение указанного технического результата обусловлено применением определенных подходов к конструкции и технологии изготовления боковой рамы, которые в совокупности обеспечивают выход качественной продукции. Технология производства литых боковых рам
направлена на исключение наиболее распространенных дефектов, вызывающих разрушение литых боковых рам - рыхлот и усадочных раковин. Известно, что в области перехода от наклонных поясов к верхним поясам образуются тепловые узлы, которые концентрируют усадочную пористость и иные литейные дефекты. Утолщение нижних стенок верхних поясов или введение наружных подкрепляющих ребер не повышали прочность до желаемой, но при этом увеличивали массу в области тепловых узлов, что увеличивало вероятность возникновения в этих местах упомянутых дефектов.
Для достижения указанного выше технического результата в заявленную конструкцию боковой рамы было введено внутреннее ребро-перемычка, соединяющее боковые стенки верхнего пояса (по крайней мере, части верхнего пояса), зоны перехода от верхнего пояса к наклонному поясу и боковые стенки наклонного пояса (по крайней мере, части наклонного пояса). Введение ребра перемычки в конструкцию рамы позволило, с одной стороны, повысить устойчивость боковых стенок рамы в зоне подкрепления ребром и снизить величину напряжений за счет увеличения площади поперечного сечения, а с другой стороны, как показали исследования, создать в этом месте условия для равномерной кристаллизации и, тем самым, исключить возникновение литейных дефектов.
Для достижения технического результата в конструкцию боковой рамы были внесены изменения, позволившие, одновременно с чисто конструктивными преимуществами (повышение устойчивости боковых стенок рамы, увеличение площади поперечного сечения), использовать свойства литой заготовки, обусловленные конструкцией рамы, т.е. технологические преимущества, неразрывно связанные с предложенными изменениями конструкции. Заявленные изменения конструкции рамы позволили создать условия для равномерной кристаллизации при
охлаждении отливок. Тем самым было снижено отрицательное воздействие от увеличения массы металла в области тепловых узлов и полностью реализованы преимущества от введения дополнительного ребра-перемычки, при этом повышение прочности, в том числе усталостной, было выше ожидаемого вследствие устранения литейных дефектов в опасном месте.
Как показали исследования, выполнение внутреннего ребра-перемычки в указанном месте обеспечило дополнительное подкрепление боковых стенок в месте радиусного сопряжения верхнего пояса с наклонными поясами, позволило снизить риск разрушения рамы по наиболее нагруженному месту, расположенному в зоне технологических окон и внутренней радиусной части буксового проема.
Полезная модель поясняется чертежами, на которых изображено:
на фиг.1 - боковая рама, главный вид;
на фиг.2 - разрез боковой рамы;
на фиг.3 - сечение А-А с фиг.2.
Боковая рама тележки грузового вагона состоит из верхнего пояса 1 с консолями 2, образующими буксовые проемы 3, нижнего пояса 4 замкнутого сечения с опорной площадкой 5 для рессорного комплекта. Два наклонных пояса 6 и 7 с технологическими окнами 8 и 9 связывают верхний 1 и нижний пояс 4. Центральный рессорный проем 10 ограничен опорной площадкой 5 для рессорного комплекта нижнего пояса 4, верхним поясом 1 и вертикальными поясами 11 для установки планок.
В конструкции боковой рамы имеются симметрично расположенные относительно продольной оси рамы внутренние ребра-перемычки 12, соединяющие боковые стенки рамы 13 и 14. Ребра-перемычки 12 выполнены изогнутыми в соответствии с формой радиусного перехода нижней стенки 15 консоли 2 верхнего пояса 1 в стенку наклонного пояса 6 (и 7).
Ребра-перемычки 12 проходят, по крайней мере, через часть консоли 2 верхнего пояса 1, зону перехода от консоли 2 верхнего пояса к наклонному поясу и, по крайней мере, через часть наклонного пояса 6 (и 7). В каждом ребре-перемычке 12 выполнено технологическое отверстие.
Внутренние ребра-перемычки 12, соединяющие боковые стенки рамы, расположены так, что частично располагаются в непосредственной близости, определяемой технологическими возможностями, от технологических окон 8 (и 9) наклонных поясов 6 (и 7).
Боковую раму тележки грузового вагона изготавливают на автоматической формовочной линии литьем в песчано-глинистые формы с получением стальной отливки, подлежащей дальнейшей механической обработке, обычно применяемой для изделий такого рода. Стержни изготавливают на стержневых автоматах с продувкой триэтиламином.