НАДРЕССОРНАЯ БАЛКА ТЕЛЕЖКИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ГРУЗОВОГО ВАГОНА

Заявляемая полезная модель относится к железнодорожному транспорту и касается конструкций литой надрессорной балки тележки грузового вагона.
Надрессорная балка тележки железнодорожного грузового вагона является деталью, надежность которой обуславливает безопасность движения железнодорожного подвижного состава.
Из уровня техники известна балка надрессорная железнодорожной тележки в виде стальной отливки коробчатого сечения, состоящая из верхнего пояса, включающего в себя кольцевую плиту подпятника с буртом и системой продольных и поперечных подкрепляющих ребер, боковых вертикальных стенок с технологическими отверстиями, а также нижнего пояса с внутренними продольными ребрами, расположенными симметрично центральной продольной оси балки (RU 2565642, B61F 5/00, опубл. 20.10.2015).
Известна надрессорная балка тележки железнодорожного грузового вагона, включающая верхний пояс, нижний пояс с внутренними продольными ребрами, и вертикальные боковые стенки (SU 1220990, B61F 5/52, опубл. 30.03.1986). В данном техническом решении с целью повышения надежности путем стабилизации запаса усталостной прочности и повышения долговечности продольные ребра нижнего пояса расположены в вертикальных плоскостях, причем отношения их высот к номинальной толщине нижнего пояса составляет 1,3-1,4 (прототип).
Общей технической проблемой приведенных технических решений является низкая несущая способность надрессорной балки из-за высоких в ней изгибных напряжений. Установка дополнительных усиливающих ребер позволит добиться увеличения несущей способности, однако приведем к значительному увеличению массы надрессорной балки.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является увеличение несущей способности надрессорной балки тележки железнодорожного грузового вагона при сохранении ее массы.
max
max
Указанный технический результат достигается надрессорной балкой тележки железнодорожного грузового вагона, содержащей верхний пояс, нижний пояс с внутренними продольными ребрами высотой N и вертикальные боковые стенки, в которой внутренние продольные ребра в центральной горизонтальной части нижнего пояса выполнены с увеличением высоты N в направлении к вертикальной поперечной оси надрессорной балки до высоты N, при этом отношение суммы высоты N внутренних продольных ребер и толщины S нижнего пояса в своей центральной горизонтальной части к высоте Н центрального вертикального поперечного сечения надрессорной балки составляет от 0,15 до 0,3, а вертикальные боковые стенки в зоне центрального вертикального поперечного сечения надрессорной балки имеют отверстия шириной В, выполненной в диапазоне от 155 до 165 мм, и высотой С, выполненной в соотношении:
С=Н-(K+L),
где Н - высота центрального вертикального поперечного сечения надрессорной балки, мм,
K - расстояние от нижнего внешнего контура нижнего пояса центрального поперечного сечения надрессорной балки до нижнего контура отверстия вертикальных боковых стенок в зоне центрального вертикального поперечного сечения надрессорной балки, мм,
L - расстояние от верхнего внешнего контура верхнего пояса центрального вертикального поперечного сечения надрессорной балки до верхнего контура отверстия вертикальных боковых стенок в зоне центрального вертикального поперечного сечения надрессорной балки, мм,
при этом K≥0,3 Н и L≥0,2 Н.
max
max
max
max
В качестве развития полезной модели отношение значений высоты N к наибольшей высоте N в центральной части нижнего пояса может составлять 0,5≤N/N<1; высота N продольных ребер в центральной горизонтальной части нижнего пояса может быть выполнена в диапазоне размеров от 17,5 до 83 мм; высота N продольных ребер в центральной горизонтальной части нижнего пояса предпочтительно может составлять 60 мм; толщина S нижнего пояса в своей центральной горизонтальной части может быть выполнена в диапазоне размеров от 25 до 35 мм; высота Н центрального вертикального поперечного сечения надрессорной балки может быть выполнена в диапазоне размеров от 350 до 360 мм; высота Н центрального вертикального поперечного сечения надрессорной балки предпочтительно может составлять 356 мм; ширина В отверстия вертикальных боковых стенок в зоне центрального вертикального поперечного сечения надрессорной балки предпочтительно может составлять 160 мм; толщина Т внутренних продольных ребер в центральной горизонтальной части нижнего пояса может быть выполнена в диапазоне размеров от 20 до 30 мм.
max
max
Заявляемая полезная модель отличается от прототипа тем, что внутренние продольные ребра в центральной горизонтальной части нижнего пояса выполнены с увеличением высоты N в направлении к вертикальной поперечной оси надрессорной балки до высоты N, при этом отношение суммы высоты N внутренних продольных ребер и толщины S нижнего пояса в своей центральной горизонтальной части к высоте Н центрального вертикального поперечного сечения надрессорной балки составляет от 0,15 до 0,3, а вертикальные боковые стенки в зоне центрального вертикального поперечного сечения надрессорной балки имеют отверстия шириной В, выполненной в диапазоне от 155 до 165 мм, и высотой С, выполненной в соотношении:
С=Н-(K+L),
где Н - высота центрального вертикального поперечного сечения надрессорной балки, мм;
K - расстояние от нижнего внешнего контура нижнего пояса центрального поперечного сечения надрессорной балки до нижнего контура отверстия вертикальных боковых стенок в зоне центрального вертикального поперечного сечения надрессорной балки, мм;
L - расстояние от верхнего внешнего контура верхнего пояса центрального вертикального поперечного сечения надрессорной балки до верхнего контура отверстия вертикальных боковых стенок в зоне центрального вертикального поперечного сечения надрессорной балки, мм,
при этом K≥0,3 Н и L≥0,2 Н;
max
max
max
max
отношение значений высоты N к наибольшей высоте N в центральной части нижнего пояса может составлять 0,5≤N/N<1; высота N продольных ребер в центральной горизонтальной части нижнего пояса может быть выполнена в диапазоне размеров от 17,5 до 83 мм; высота N продольных ребер в центральной горизонтальной части нижнего пояса предпочтительно может составлять 60 мм; толщина S нижнего пояса в своей центральной горизонтальной части может быть выполнена в диапазоне размеров от 25 до 35 мм; высота Н центрального вертикального поперечного сечения надрессорной балки может быть выполнена в диапазоне размеров от 350 до 360 мм; высота Н центрального вертикального поперечного сечения надрессорной балки предпочтительно может составлять 356 мм; ширина В отверстия вертикальных боковых стенок в зоне центрального вертикального поперечного сечения надрессорной балки предпочтительно может составлять 160 мм; толщина Т внутренних продольных ребер в центральной горизонтальной части нижнего пояса может быть выполнена в диапазоне размеров от 20 до 30 мм. Такое отличие от прототипа дает основание утверждать о соответствии предлагаемого технического решения критерию патентоспособности полезной модели - «новизна».
Заявляемое техническое решение поясняется графическим изображениями, где на фиг. 1 показана надрессорная балка тележки железнодорожного грузового вагона, главный вид; на фиг. 2 - выносной элемент А на фиг. 1; на фиг. 3 - надрессорная балка, вид сверху; на фиг. 4 - выносной элемент Б на фиг. 3.
Надрессорная балка тележки железнодорожного грузового вагона выполнена в виде стальной отливки коробчатого сечения и содержит верхний пояс 1, нижний пояс 2 с двумя внутренними продольными ребрами 3 высотой N и вертикальные боковые стенки 4. Надрессорная балка оборудована съемным подпятником 5.
Технический результат заявляемой полезной модели, заключающийся в увеличении несущей способности надрессорной балки тележки железнодорожного грузового вагона при сохранении ее массы, обеспечивается следующим образом.
max
max
Внутренние продольные ребра 3 в центральной горизонтальной части 2.1 нижнего пояса 2 выполнены с увеличением высоты N в направлении к вертикальной поперечной оси надрессорной балки до высоты N, при этом отношение суммы высоты N внутренних продольных ребер 3 и толщины S нижнего пояса 2 в своей центральной горизонтальной части 2.1 к высоте Н центрального вертикального поперечного сечения надрессорной балки составляет от 0,15 до 0,3, а вертикальные боковые стенки 4 в зоне центрального вертикального поперечного сечения надрессорной балки имеют отверстия 6 шириной В, выполненной в диапазоне от 155 до 165 мм, и высотой С, выполненной в соотношении:
С=Н-(K+L),
где Н - высота центрального вертикального поперечного сечения надрессорной балки, мм,
K - расстояние от нижнего внешнего контура нижнего пояса центрального поперечного сечения надрессорной балки до нижнего контура отверстия вертикальных боковых стенок в зоне центрального вертикального поперечного сечения надрессорной балки, мм,
L - расстояние от верхнего внешнего контура верхнего пояса центрального вертикального поперечного сечения надрессорной балки до верхнего контура отверстия вертикальных боковых стенок в зоне центрального вертикального поперечного сечения надрессорной балки, мм,
при этом, K≥0,3 Н, L≥0,2 Н.
Такое выполнение внутренних продольных ребер 3 обеспечивает перераспределение металла в наиболее нагруженную часть нижнего пояса 2 надрессорной балки - центральную горизонтальную часть 2.1, тем самым снижая в данной зоне изгибные напряжения от вертикальной нагрузки, что позволяет уменьшить уровень концентрации напряжений и повысить запас усталостной прочности, способствует улучшению прочностных и усталостных характеристик надрессорной балки тележки железнодорожного грузового вагона в целом без увеличения ее массы, увеличивает несущую способность надрессорной балки при сохранении ее массы.
max
max
При отношении суммы высоты N внутренних продольных ребер 3 и толщины S нижнего пояса 2 в своей центральной горизонтальной части 2.1 к высоте Н центрального вертикального поперечного сечения надрессорной балки менее 0,15 внутренние продольные ребра 3 в центральной горизонтальной части 2.1 нижнего пояса 2 не выходят из зоны высоких растягивающих напряжений и выступают в роли концентраторов напряжений, что быстро приведет к развитию в них трещин. При отношении суммы высоты N внутренних продольных ребер 3 и толщины S нижнего пояса 2 в своей центральной горизонтальной части 2.1 к высоте Н центрального вертикального поперечного сечения надрессорной балки более 0,3 внутренние продольные ребра 3 выходят из зоны высоких напряжений, однако это не приведет к большему увеличению прочности, но приведет к излишнему увеличению массы нижнего пояса 2 надрессорной балки.
Заявляемый диапазон по ширине В отверстий 4 вертикальных боковых стенок 3 в зоне центрального вертикального поперечного сечения надрессорной балки обеспечивает уменьшение массы надрессорной балки при обеспечении достаточной несущей способности, запасе усталостной прочности вертикальных стенок 4 для восприятия вертикальной нагрузки в указанной зоне и, соответственно, сохраняет несущую способность надрессорной балки тележки железнодорожного грузового вагона в целом. Выполнение ширины В более 165 мм снизит массу надрессорной балки, однако снизит и несущую способность, а выполнение ширины В менее 155 мм увеличит несущую способность и прочность надрессорной балки, однако незначительно снизит массу и, кроме того, не обеспечит доступ для контроля при технической и эксплуатационном контроле на наличие литейных дефектов и усталостных трещин. Предпочтительно выполнение ширины В, которое составляет 160 мм.
Заявляемое соотношение по высоте С обеспечивает расположение отверстий 4 вертикальных боковых стенок 3 в зоне центрального вертикального поперечного сечения надрессорной балки в пределах границ зоны нейтральной линии среднего горизонтального сечения надрессорной балки - линии с близкими к нулевым напряжениям при вертикальной нагрузке на надрессорную балку, что снижает массу надрессорной балки при максимально допустимом обеспечении несущей способности надрессорной балки тележки железнодорожного грузового вагона в эксплуатации. При K<0,3 Н и при L<0,2 Н отверстия 4 будут выступать в роли концентраторов напряжений и начнут снижать прочность и несущую способность надрессорной балки.
max
max
Отношение значений высоты N к наибольшей высоте N в центральной части 2.1 нижнего пояса 2 составляет 0,5≤N/N<1. Толщина Т внутренних продольных ребер 3 в центральной горизонтальной части 2.1 нижнего пояса 2 может быть выполнена в диапазоне от 20 до 30 мм. Это позволяет обеспечить несущую способность при сохранении массы надрессорной балки за счет выполнения геометрии внутренних продольных ребер 3 в центральной горизонтальной части 2.1 нижнего пояса 2, соответствующей характеру напряжений при воздействии вертикальной нагрузки, обеспечивая увеличение момента сопротивления в данном сечении, что ведет к снижению напряжений от вертикальной нагрузки.
max
max
max
max
Высота N внутренних продольных ребер 3 в центральной горизонтальной части 2.1 нижнего пояса 2 может быть выполнена в диапазоне размеров от 17,5 до 83 мм; предпочтительно выполнение наибольшей высоты N, которое составляет 60 мм. При значении наибольшей высоты N более 83 мм не произойдет большего увеличения несущей способности нижнего пояса 2, однако приведет к увеличению массы. При значении наибольшей высоты N менее 17,5 мм внутренние продольные ребра 3 в центральной горизонтальной части 2.1 нижнего пояса 2 при сохранении массы не обеспечат достаточной и необходимой прочности для передачи и распределения нагрузок на нижний пояс 2 и будут выступать в роли концентраторов напряжений.
Толщина S нижнего пояса 2 в своей центральной горизонтальной части 2.1 выполнена в диапазоне от 25 до 35 мм. Указанный диапазон является оптимальным для обеспечения местной прочности нижнего пояса 2 в его центральной горизонтальной части 2.1 при сохранении массы надрессорной балки. Выход за нижнюю границу диапазона приведет к снижению несущей способности нижнего пояса 2 и надрессорной балки в целом, а выход за верхнюю границу не приведет к большему увеличению несущей способности нижнего пояса 2, однако приведет к увеличению его массы.
Надрессорная балка выполнена высотой Н центрального вертикального поперечного сечения в диапазоне от 350 до 360 мм; предпочтительно выполнение высотой Н центрального вертикального поперечного сечения надрессорной балки, которое составляет 356 мм. Превышение верхней границы диапазона обеспечит большее увеличение несущей способности и надежности заявляемой надрессорной балки в эксплуатации, однако приведет к излишнему увеличению массы надрессорной балки. Выход за нижнюю границу диапазона не обеспечит достаточной прочности и приведет к снижению несущей способности надрессорной балки.