БОКОВАЯ РАМА ТЕЛЕЖКИ ГРУЗОВОГО ВАГОНА
SIDE FRAME OF FREIGHT-CAR TRUCK

Изобретение относится к железнодорожному подвижному составу, в частности к конструкции литой боковой рамы тележки грузового вагона.
02
Известны различные конструкции боковых рам тележки грузового вагона (RU 51954 U1, B61F 5/52, 10.03.2006; RU 79081 U1, B61F 5/52, 20.12.2008; RU 76879 U1, B61F 5/00, 10.10.2008; RU 41687 U1, B61F 5/52, 10.11.2004; RU 2380256 C2, B61F 5/52, 27.01.2010; RU 2323843 C1, B61F 5/52, 10.05.2008; RU 2294855 C1, B61F 5/52, 10.03.2007; SU 111076, 20 d, 3, 20 d, 2, 11.06.1957; SU 1135684, B61F 5/52, 23.01.1985, US 6089166, B61F 1/00, B61F 5/16, 18.07.2000), которые выполнены в виде стальной отливки и содержат верхний и нижний горизонтальные пояса, соединенные между собой вертикальными колонками и образующие совместно с последними рессорный проем, горизонтальные надбуксовые участки с опорными площадками, сопряженные с верхним горизонтальным поясом и наклонными поясами с нижним горизонтальным поясом. В каждой балке внутренний радиусный переход с нижней стенки верхнего горизонтального пояса на наклонный пояс выполнен одним радиусом с переходом на буксовую челюсть и наклонный пояс. Во всех конструкциях предприняты попытки увеличения прочности рамы в зоне сопряжения нижней стенки верхнего пояса с наклонным поясом, в которой все случаи поломки в эксплуатации связаны с превышением допустимых напряжений. В них предусмотрены разнообразные усиления этой зоны: путем установки внутренних ребер жесткости (RU 76879 U1, SU 111076), наружных ребер жесткости (RU 51954 U1), одновременно внутренних и наружных ребер жесткости (RU 79081 U1, RU 2380256 C2, RU 2294855 C1), выполнение опорной площадки с продольными усиливающими ребрами (RU 2323843 C1, US 6089166), а также расширение нижней части сечения боковой балки в зоне внутреннего радиуса (SU 1135684). Однако напряжения в этих зонах остаются достаточно высокими и вызывают появление трещин.
Известна конструкция боковой балки, в которой нижняя полка наклонного пояса выполнена переменного сечения с увеличением толщины в сторону сопряжения с опорной площадкой, при этом их сопряжение выполнено одним радиусом, а буксовая челюсть не доходит до опорной площадки (UA 87911 С2). Такая конструкция снижает напряжение в зоне сопряжения, но оставляет концентратор в зоне радиуса.
Известна конструкция боковой балки, в которой сопряжение опорной площадки с наклонным поясом и буксовой челюстью выполнено одним радиусом, заканчивающимся над опорной площадкой на высоте 3 min и соединенным с ней прямым участком (черт. 578.00.019-0 ФГУП «ПО УВЗ» УКБВ). Кроме того, в зоне перехода от горизонтального к наклонному поясам между нижней и боковыми стенками наклонного пояса выполнены закругления, снижающие напряжения, однако остается концентратор напряжений в зоне плоского перехода от радиусной части к опорной площадке с перепадом высот 3 min.
Известна боковая рама, в которой, в дополнение к предыдущей конструкции, предусмотрены прямые усиливающие ребра, расположенные по касательной к упомянутому переходу, заканчивающиеся вверху на верхнем горизонтальном поясе, внизу на наклонном поясе (черт. 100.00.002-4 ФГУП «ПО УВЗ» УКБВ). Анализ напряженного состояния этой конструкции показывает скачок напряжений на радиусном переходе в зоне сопряжения усиливающего ребра с горизонтальным поясом.
Известна также боковая рама, в которой каждый переход с верхнего горизонтального пояса на наклонный пояс выполнен под тупым углом и образован четырьмя поверхностями: цилиндрической - от опорной площадки к нижней стенке горизонтального надбуксового участка, сопряженной с ней в верхней точке перехода цилиндрической поверхностью большего радиуса, выходящей по касательной на наклонный пояс, плоским участком наклонного пояса и сопряженной с ним цилиндрической поверхностью, выходящей к челюстному приливу. При этом верхняя точка перехода расположена над опорной площадкой на высоте 2±1 мм (черт. ЧЛЗ - 100.00.002 - 05 ОГТ «Промтрактор - Промлит ООО «Чебоксарский завод промышленного литья» - принят за прототип). Снаружи в зоне перехода предусмотрены усиливающие ребра, верхняя часть которых выполнена с переломом, заканчивающаяся на верхнем горизонтальном поясе.
Недостатками конструкции являются наличие высоких напряжений в зонах сопряжения усиливающих ребер со стенками горизонтального пояса, низкий коэффициент запаса сопротивления усталости.
В приведенных аналогах все случаи поломки боковых рам в эксплуатации связаны с превышением допустимых напряжений на участке сопряжения наклонных поясов с верхним горизонтальным поясом. На этом участке образуются тепловые узлы, которые концентрируют усадочную пористость и иные литейные дефекты. В результате снижается прочность боковой рамы в зонах расположения концентраторов напряжений, а также ее надежность.
Техническим результатом, на решение которого направлено изобретение, является повышение прочности боковой рамы в зоне буксового проема, повышение ее надежности и коэффициента запаса сопротивления усталости.
Указанный технический результат достигается тем, что в боковой раме, включающей верхний и нижний горизонтальные пояса, соединенные между собой вертикальными колонками и образующие совместно с последними рессорный проем, горизонтальные надбуксовые участки с опорными площадками, сопряженные с верхним горизонтальным поясом и наклонными поясами, челюстные приливы на наклонных поясах, переходы от опорных площадок к челюстным приливам, наружные усиливающие ребра в зонах переходов. Каждый переход образован четырьмя поверхностями: цилиндрической - от опорной площадки к нижней стенке горизонтального надбуксового участка, сопряженной с ней в верхней точке перехода цилиндрической поверхностью большего радиуса, выходящей по касательной на наклонный пояс, плоским участком наклонного пояса и сопряженной с ним цилиндрической поверхностью, выходящей к челюстному приливу. При этом верхняя точка перехода расположена над опорной площадкой на высоте 2±1 мм. Наружные усиливающие ребра расположены вдоль прямолинейного участка перехода и повторяют в верхней части профиль перехода. Верхний конец каждого усиливающего ребра выполнен горизонтально с выходом на верхний горизонтальный пояс, нижний конец - в соответствии с прямолинейным участком перехода, при этом профиль наружного усиливающего ребра содержит скос со стороны перехода, в котором обе цилиндрические поверхности большего радиуса выполнены дугами одинакового радиуса.
Радиус дуги поверхности, проходящей от опорной площадки к нижней стенке горизонтального надбуксового участка составляет 12±1 мм.
От верхнего скоса наружного усиливающего ребра выполнен уклон в сторону перехода, а на примыкающей к буксовому проему верхней грани усиливающего ребра выполнено закругление, переходящее в профиль перехода.
Сравнение предлагаемого технического решения с приведенными аналогами и прототипом позволило установить наличие отличительных от них признаков, следовательно, данное техническое решение соответствует критерию «новизна».
Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, где
на фиг.1 изображен общий вид боковой рамы,
на фиг.2 - выносной элемент А на фиг.1,
на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.2,
на фиг.4 - выносной элемент А на фиг.1, выполненный в формате 3D,
на фиг 5 - выносной элемент В на фиг.2,
на фиг.6 - выносной элемент А на фиг.1 (вариант 1),
на фиг.7 - сечение Г-Г на фиг.6,
на фиг.8 - выносной элемент А на фиг.1 (вариант 2),
на фиг.9 - сечение Д-Д на фиг.8,
на фиг.10 - выносной элемент А на фиг.1, выполненный в формате 3D (вариант 2).
Боковая рама содержит верхний 1 и нижний 2 горизонтальные пояса, которые соединены между собой двумя вертикальными колонками 3, образующими с поясами рессорный проем 4, горизонтальные надбуксовые участки 5 с опорными площадками 6, которые сопряжены с верхним горизонтальным 1 поясом и наклонными 7 поясами, челюстные приливы 8 на наклонных поясах, переход 9 от опорных площадок 6 к челюстным приливам, наружные усиливающие ребра 10 в зоне перехода. Наклонный пояс 7 выполнен под тупым углом к опорной площадке 6.
Переход 9 от опорных площадок 6 к челюстным приливам 8 образован четырьмя поверхностями: цилиндрической 11 - от опорной площадки 6 к нижней стенке 12 горизонтального надбуксового участка 5, сопряженной с ней в верхней точке 13 перехода 9 цилиндрической поверхностью 14 большего радиуса, которая выходит по касательной на наклонный пояс 7, плоским участком 15 наклонного пояса и сопряженной с ним цилиндрической поверхностью 16, выходящей к челюстному приливу 8. Верхняя точка 13 перехода 9 расположена над опорной площадкой на высоте h=2±1 мм.
1
2
3
Цилиндрические поверхности 14, 16 перехода выполнены одинаковыми радиусами (R=R), а цилиндрическая поверхность 11 - радиусом R=12 мм.
Наружные усиливающие ребра 10 расположены вдоль плоского участка 15 наклонного пояса 7, повторяя в верхней части профиль перехода. Верхний конец 17 наружного усиливающего ребра выполнен горизонтально с переходом на горизонтальный надбуксовый участок 5, а нижний конец 18 - в соответствии с плоским участком 14 наклонного пояса и заканчивается за пределами перехода на наклонном поясе 7. На концах 17, 18 наружных усиливающих ребер 16 выполнены соответственно скосы 19, 20, обеспечивающие плавный переход к стенкам горизонтального 1 и наклонного 7 поясам боковой рамы. Кроме того, профиль наружного усиливающего ребра 9 содержит скос 21 со стороны перехода 9, который также обеспечивает плавный переход к взаимно перпендикулярной поверхности перехода.
4
Согласно варианту 1 исполнения наружные усиливающие ребра в зоне перехода 9 отсутствуют, а переход от вертикальных 22 стенок наклонного пояса 7 по всей его длине на нижнюю стенку 23 выполнен скругленным по радиусу R. Этим же радиусом выполнено скругление вдоль контура части перехода 9 и примыкающего к нему горизонтального надбуксового участка 5.
По варианту 2 в зоне перехода предусмотрены наружные усиливающие ребра 16. Они выполнены прямыми и заканчиваются в верхней части на горизонтальном надбуксовом участке 5. Верхний конец 24 каждого ребра содержит скос 25, от которого выполнен боковой уклон 26 в сторону радиусного перехода 9, а со стороны буксового проема 27 на наружном усиливающем ребре 16 выполнено закругление 28, переходящее в профиль перехода 9. Боковой уклон 26 выравнивает профиль пространства между ребром 16 и переходом 9, снижая напряжения в этой зоне.
Выполнение боковых рам с учетом предлагаемого технического решения позволяет увеличить прочность рамы в зоне буксового проема, обеспечить большую стойкость к образованию трещин в зоне внутреннего угла буксового проема, повысить ее надежность и долговечность. По сравнению с аналогами коэффициент запаса сопротивления усталости конструкции увеличен в среднем в 1,6 раза и составляет 2,8.
В настоящее время изготавливаются опытные образцы предложенных вариантов боковых рам, после чего они будут подвергнуты испытаниям по установленным нормам.