КОНЦЕВАЯ БАЛКА РАМЫ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Область техники, к которой относится полезная модель
Предложенное техническое решение относится к концевым балкам железнодорожных транспортных средств.
Уровень техники
Известно техническое решение, раскрытое в патенте России № 143504, опубл. 27.07.2014, и принятое в качестве наиболее близкого аналога. Известное техническое решение содержит верхнюю полку, нижнюю полку и две вертикальные стенки, соединённые с верхней полкой и нижней полкой, и два боковых участка, каждый из которых образован верхней полкой, нижней полкой и вертикальными стенками и имеющий коробчатое сечение. Концевая балка имеет переменную высоту: высота коневой балки уменьшается от её центра. Аналогичную конструкцию концевой балки имеет полувагон 12-9761, полувагон 12-6995.
Недостатками известного технического решения являются: низкая технологичность конструкции, большой вес элементов, большая ширина. Указанные недостатки обусловлены тем, что боковые участки имеют коробчатое сечение.
Техническая проблема заключается в создании технического решения, в котором устранены указанные выше недостатки известного из уровня техники технического решения.
Раскрытие полезной модели
Технический результат заключается в повышении технологичности конструкции концевой балки рамы железнодорожного транспортного средства при одновременном снижении её массы и сохранении её прочности и надёжности.
Технический результат достигается за счёт того, что концевая балка рамы железнодорожного транспортного средства содержит верхнюю полку, нижнюю полку и вертикальную стенку, соединённую с верхней полкой и нижней полкой, и два боковых участка, каждый из которых образован верхней полкой, нижней полкой и вертикальной стенкой и выполнен в виде двутавра.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что вертикальная стенка расположена перпендикулярно соединённой с ней полке.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что между верхней полкой и нижней полкой установлено по меньшей мере одно ребро жёсткости.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что между верхней полкой и нижней полкой установлено по меньшей мере одно дополнительное ребро жёсткости.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что концевая балка выполнена симметричной.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что двутавровый профиль представляет собой неравнополочный двутавровый профиль.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что вертикальная стенка имеет переменную ширину.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что нижняя полка полностью прилегает к вертикальной стенке.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что ширина A верхней полки составляет не менее 5 мм.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что ширина A верхней полки задана из диапазона от 5 до 12 мм.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что ширина B нижней полки составляет не менее 5 мм.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что ширина B нижней полки задана из диапазона от 5 до 12 мм.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что ширина С вертикальной стенки составляет не менее 5 мм.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что ширина С вертикальной стенки задана из диапазона от 5 до 12 мм.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что её высота составляет не менее 110 мм.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что её ширина составляет не менее 100 мм.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что её ширина задана из диапазона от 100 до 150 мм.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что нижняя полка повторяет перепады ширины C вертикальной стенки.
Краткое описание чертежей
Вариант выполнения предложенного технического решения характеризуется чертежами, где на:
- Фиг. 1 представлена концевая часть рамы железнодорожного транспортного средства,
- Фиг. 2 представлена концевая балка,
- Фиг. 3 представлена концевая балка в разобранном виде,
- Фиг. 4 представлен вид сбоку концевой балки.
Осуществление полезной модели
На Фиг. 1 представлен участок рамы железнодорожного транспортного средства. Рама железнодорожного транспортного средства содержит хребтовую балку 1, концевую балку 2, прикреплённую к хребтовой балке 1, шкворневую балку 3, прикреплённую к хребтовой балке 1, промежуточные поперечные балки 4, прикреплённые к хребтовой балке 1.
На Фиг. 2-4 представлена концевая балка 2. Концевая балка 2 выполнена симметричной и содержит верхнюю полку 5, нижнюю полку, вертикальную стенку, жёстко соединённую с верхней полкой 5 и нижней полкой, и содержит первый боковой участок 6, второй боковой участок 7 и промежуточный (центральный, средний) участок 8, расположенный между первым боковым участком 6 и вторым боковым участком 7. Первый боковой участок 6 и второй боковой участок 7 расположены по две стороны от хребтовой балки 1. Промежуточный участок 8 расположен над хребтовой балкой 1. Верхняя полка 5, вертикальная стенка и нижняя полка предпочтительно выполнены металлическими. В концевой балке 2 выполнен паз 9 для хребтовой балки 1. На Фиг. 2 условно обозначены две плоскости 10, 11 (обозначены пунктиром), представляющие собой границы участков 6, 7, 8 концевой балки 2 и делящие концевую балку 2 на три участка 6, 7, 8: первая плоскость 10 разделяет первый боковой участок 6 от промежуточного участка 8, а вторая плоскость 11 разделяет промежуточный участок 8 от второго бокового участка 7.
Высота концевой балки 2 изменятся и увеличивается от своих концевых частей к хребтовой балке 1. На основании расчётов на прочность высота концевой части концевой балки 2 составляет не менее 110 мм. Ширина концевой балки 2 задана из диапазона от 100 до 150 мм. Использование концевой балки 2 с шириной менее 100 мм не обеспечивает необходимую прочность конструкции концевой балки 2, рамы и вагона в целом. При ширине концевой балки выше 150 мм на данном участке будет скапливаться большое количество неразгруженного груза, увеличивается масса конструкции концевой балки 2, рамы и вагона в целом и длина сварных швов.
Верхняя полка 5 предпочтительно представляет собой лист. Часть верхней полки 5 принадлежит первому боковому участку 6, вторая часть верхней полки 5 принадлежит второму боковому участку 7, а остальная часть верхней полки 5 принадлежит промежуточному участку 8. Таким образом, посредством верхней полки 5 соединены боковые части 6, 7 концевой балки 2, а концевая балка 2 приобретает цельную конструкцию. Ширина A верхней полки 5 концевой балки 2 составляет не менее 5 мм. Ширина A верхней полки 5 предпочтительно задана из диапазона от 5 до 12 мм.
Нижняя полка концевой балки 2 выполнена в виде первого листа 12 и второго листа 13. Первый лист 12 нижней полки концевой балки 2 принадлежит первому боковому участку 6. Второй лист 13 нижней полки концевой балки 2 принадлежит второму боковому участку 7. Нижняя полка повторяет контур нижнего края вертикальной стенки в месте их соединения и полностью прилегает к вертикальной стенке. Ширина B нижней полки концевой балки 2 составляет не менее 5 мм.
Вертикальная стенка концевой балки 2 выполнена в виде первого листа 14 и второго листа 15, причём первый лист 14 вертикальной стенки и второй лист 15 вертикальной стенки выполнены переменной ширины C.
Участок первого листа 14 вертикальной стенки принадлежит первому боковому участку 6, соединён по меньшей мере одной известной из уровня техники сборочной операцией, например, сваркой, с верхней полкой 5 и первым листом 12 нижней полки и предпочтительно полностью прилегает к первому листу 12 нижней полки (первый лист 12 нижней полки повторяет контур нижнего края 16 первого листа 14 вертикальной стенки). Первый лист 12 нижней полки концевой балки 2  содержит гиб, повторяющий перепады ширины листа 14 вертикальной стенки.
Участок второго листа 15 вертикальной стенки принадлежит второму боковому участку 7, соединён по меньшей мере одной известной из уровня техники сборочной операцией, например, сваркой, с верхней полкой 5 и вторым листом 13 нижней полки и предпочтительно полностью прилегает к второму листу 13 нижней полки (второй лист 13 нижней полки повторяет контур нижнего края 17 второго листа 15 вертикальной стенки). Второй лист 13 нижней полки концевой балки 2 содержит гиб, повторяющий перепады ширины второго листа 15 вертикальной стенки.
Нижняя полка повторяет перепады ширины С вертикальной стенки. Такая форма концевой балки 2 обеспечивает связь между хребтовой балкой 1 и нижней обвязкой боковой стены.
Каждый боковой участок 6, 7 концевой балки 2 образован верхней полкой 5, нижней полкой и вертикальной стенкой и выполнен в виде неравнополочного двутавра переменного сечения с перпендикулярным расположением полок относительно стенки. В первом боковом участке 6 часть верхней полки 5 и первый лист 12 нижней полки представляют собой полки двутавра, а первый лист 14 вертикальной стенки представляет собой стенку двутавра, при этом часть верхней полки, соединённая с первым листом 14 вертикальной стенки, и первый лист 12 нижней полки расположены перпендикулярно первому листу 14 вертикальной стенки. Во втором боковом участке 7 часть верхней полки 5 и второй лист 13 нижней полки представляют собой полки двутавра, а второй лист 15 вертикальной стенки представляет собой стенку двутавра, при этом часть верхней полки, соединённая со вторым листом 15 вертикальной стенки, и второй лист 13 нижней полки расположены перпендикулярно второму листу 15 вертикальной стенки.
Концевая балка 2 предпочтительно снабжена двумя парами рёбер жёсткости, включающими в себя рёбра 18 жёсткости и дополнительные рёбра 18 жёсткости. Упомянутые рёбра 18 жёсткости расположены в центральных частях боковых участков 6, 7 и соединены с трёх сторон посредством по меньшей мере одной известной из уровня техники сборочной операции, например, сваркой, с верхней полкой 5, вертикальной стенкой и нижней полкой.
Форма и конструкция концевой балки 2 обусловлены необходимостью снижения массы, а также массы тары вагона, и расположением оборудования на вагоне.
Решение технической проблемы и достижение технического результата продемонстрированы на примерном варианте выполнения предложенного технического решения. Специалисту в данной области техники очевидны иные варианты выполнения признаков предложенного технического решения. Параметры и/или характеристики, например, форма, размеры по меньшей мере одного элемента концевой балки 2 могут отличаться от приведённых на чертежах и в описании.
Предложенное техническое решение может быть использовано в известных из уровня техники железнодорожных транспортных средствах, в частности, вагонах, например, сочленённых.
В других вариантах выполнения предложенное техническое решение может быть выполнено несимметричным. Симметричность концевой балки 2 позволяет сократить номенклатуру использованных ею деталей, повысить её прочность, надёжность и технологичность, а также технологичность концевой части рамы и вагона в целом.
В других вариантах выполнения предложенное техническое решение может содержать два боковых участка 6, 7, причём по меньшей мере один из боковых участков 6, 7 или каждый из них может представлять собой известный из уровня техники двутавр, например, равнополочный, неравнополочный, симметричный, несимметричный, переменного, постоянного сечения, с полками одинаковой ширины, с полками разной ширины, с параллельным полками, непараллельными полками, с отличным от нуля прогибом стенки, без прогиба стенки. Использование двутаврового профиля, в частности, обеспечивает технологичность концевой балки 2, а также её простоту и удобство производства сварочных работ, прочности и надёжности. В других вариантах выполнения предложенного технического решения вертикальная стенка или по меньшей мере один её лист могут быть перпендикулярны по меньшей мере одной полке концевой балки 2: верхней полке 5 и/или нижней полке, – или по меньшей мере одному её листу. Перпендикулярность расположения по меньшей мере одной полки и вертикальной стенки двутавра между собой обеспечивает технологичность, удобство соединения сваркой и обеспечивает необходимую прочность и надёжность конструкции концевой балки 2, рамы и вагона в целом.
В других вариантах выполнения предложенного технического решения ширина концевой балки составляет не менее 100 мм.
В других вариантах выполнения предложенного технического решения высота концевой балки составляет не менее 110 мм: концевая балка 2 выполнена минимальной высотой от 110 мм в самой узкой части вертикальной стенки переменной ширины.
В других вариантах выполнения предложенного технического решения промежуточный участок 8 может отсутствовать или может содержать участок верхней полки и участок вертикальной стенки.
В других вариантах выполнения предложенного технического решения верхняя полка 5 концевой балки 2 может представлять собой лист или по меньшей мере два листа, которые могут быть соединены посредством по меньшей мере одной известной из уровня техники сборочной операции, например, сваркой, при этом верхняя полка 5 концевой балки 2 может быть выполнена из по меньшей мере одного известного из уровня техники материала, предпочтительно, металлической.
В других вариантах выполнения предложенного технического решения ширина A верхней полки 5 концевой балки 2 может составлять не менее 5 мм. Указанный диапазон ширины A верхней полки 5 концевой балки 2 обусловлен необходимостью размещения минимального сварного шва катетом 5 мм между верхней полкой 5 и вертикальной стенкой.
В других вариантах выполнения предложенного технического решения нижняя полка концевой балки 2 может представлять собой лист или по меньшей мере два листа, которые могут быть соединены посредством по меньшей мере одной известной из уровня техники сборочной операции, например, сваркой, при этом нижняя полка концевой балки 2 может быть выполнена из по меньшей мере одного известного из уровня техники материала, например, металлической.
В других вариантах выполнения предложенного технического решения ширина B нижней полки концевой балки 2 может составлять не менее 5 мм. Указанный диапазон ширины B нижней полки концевой балки 2 обусловлен необходимостью размещения минимального сварного шва катетом 5 мм между нижней полкой и вертикальной стенкой.
В других вариантах выполнения предложенного технического решения вертикальная стенка концевой балки 2 может представлять собой лист или по меньшей мере два листа, которые могут быть соединены посредством по меньшей мере одной известной из уровня техники сборочной операции, например, сваркой. Ширина С вертикальной стенки может составлять не менее 5 мм.
В других вариантах выполнения предложенное техническое решение может содержать по меньшей мере одно ребро 18 жёсткости. В примерном варианте выполнения предложенного технического решения концевая балка 2 содержит две пары рёбер 18 жёсткости (четыре ребра 18 жёсткости), расположенных по обе стороны от хребтовой балки (или центра концевой балки 2), что, согласно расчётам, является оптимальным значением c точки зрения соотношения массы, прочности и надёжности концевой балки. Для сохранения своей симметричности концевая балка 2 содержит чётное количество рёбер, при этом на каждом боковом участке 6, 7 расположено одинаковое количество рёбер 18 жёсткости, а для каждого ребра 18 жёсткости в первом боковом участке 6 может быть найдено ребро 18 жёсткости во втором боковом участке 7, расположенное на том же расстоянии от центра концевой балки 2, что и ребро 18 жёсткости в первом боковом участке 6. Количество рёбер 18 задаётся исходя из расчётов.
Предложенное техническое решение имеет меньшую по сравнению с известным решением материалоёмкость, в частности, металлоёмкость, а также меньшую длину сварных швов. За счёт этого увеличивается технологичность его конструкции при одновременном снижении его массы и сохранении его прочности и надёжности. В аналогичных зонах других полувагонов, например, в полувагоне модели 12-6995, концевые балки выполнены коробчатого сечения и в зависимости от конструкции используются листы 6 мм для вертикальных стенок, нижних полок и рёбер и по меньшей мере один лист, шириной 10 мм, для верхней полки. В предложенном техническом решении ширины A, B, C верхней полки 5, нижней полки, вертикальной стенки и рёбер 18 жёсткости могут быть одинаковыми и заданным в диапазоне в диапазоне от 5 до 12 мм, так и разными и заданными в диапазоне от 5 до 12 мм. Выбор ширины отдельных элементов в случае использования листов разной ширины выбирается исходя из расчёта на прочность. При ширине A верхней полки 5, ширине B нижней полки или ширине C вертикальной стенки менее 5 мм не будет обеспечиваться заданная прочность. При ширине A верхней полки 5, ширине B нижней полки или ширине C вертикальной стенки более 12 мм нерационально возрастёт масса: заметного увеличения прочности при возрастании массы не происходит. Очевидно, что в других вариантах выполнения предложенного технического решения ширины верхней полки 5 и/или вертикальной стенки и/или нижней полки могут составлять не менее 5 мм, в частности, в диапазоне от 5 до 12 мм.
Внутри кузова полувагона существуют зоны, в которых после разгрузки полувагона через разгрузочные люки остаётся груз. Это зоны между разгрузочными люками и концевыми балками. Поэтому, чем больше ширина концевой балки, тем больше груза остаётся невыгруженным в этих зонах. Предложенное техническое решение позволяет достигнуть технический результат, заключающийся в уменьшении объёма невыгружаемых остатков груза за счёт уменьшения своей ширины, например, по сравнению с вагоном 12-9761, в котором ширина концевой балки составляет 405 мм, и увеличить скорость разгрузочных работ.
Предложенное техническое решение выполнено уменьшенного размера и с двутавровым сечением боковых участков 6, 7 имеет, например, меньше сварных швов и на его изготовление используется меньше материала, например, металла, чем на деталь стандартного размера. За счёт этого уменьшается масса конструкции и повышается её технологичность.