Вагон-хоппер

Полезная модель относится к области железнодорожного транспортного средства, а именно к конструкциям торцевых стен кузовов железнодорожных грузовых вагонов-хопперов.
Из уровня техники известна торцевая стена кузова грузового вагона, включающая балочный каркас, содержащий соединенные между собой вертикальные и горизонтальные балки, выполненные из профилей, а также обшивку, закрепленную на каркасе, отличающаяся тем, что на вертикальных балках каркаса установлены усиливающие элементы, выполненные из уголкового профиля, жестко закрепленного основаниями на балках (патент RU 205 680, B61D 17/06, B61D 3/00, B61D 7/14, опубл. 28.07.2021).
Недостатком известного технического решения является сложность при изготовлении, вызванная сложностью конструкции и увеличенная металлоемкость. Обусловлена данная техническая проблема тем, что на вертикальных балках каркаса установлены усиливающие элементы из уголкового профиля. Данный фактор приводит к утяжелению конструкции торцевой стен вагона и сложности в процессе изготовления, что вызвано необходимостью жесткого соединения по всей поверхности всех вертикальных балок уголка, который также необходимо присоединять с двух сторон, то есть основаниями каждой из образующих его полок.
Известен вагон-хоппер, содержащий раму, кузов, включающий торцевую стену, содержащую балочный каркас, обшивку, а также раскосы, на торцевой стене в месте соединения раскоса балки каркаса установлено ребро жесткости (патент RU 207 862, B61D 7/00, B61D 17/16, B61D 39/00, опубл. 22.11.2022).
Патент 207 862 выбран в качестве наиболее близкого аналога.
Технической проблемой, присущей приведенному аналогу, является низкая надежность конструкции торцевой стены кузова грузового вагона. Обусловлена данная техническая проблема тем, что не определены параметры ребер жесткости, а также отсутствует информация о внутренних ребрах жесткости в балочном каркасе торцевой стены. Данный фактор приводит к тому, что в месте соединения балок каркаса торцевой стены не обеспечивается необходимая надежность конструкции торцевой стены при эксплуатации вагона.
Технической проблемой, решаемой заявляемой полезной моделью, является недостаточная надежность торцевой стены вагона-хоппера, вызванная неопределенностью параметров ребра жесткости, применяемого в месте соединения балок каркаса торцевой стены, а также не предусматривается наличие внутренних ребер жесткости в балках каркаса торцевой стены.
Технический результат полезной модели заключается в повышении надежности грузового вагона.
2
k
Указанный технический результат достигается тем, что вагон-хоппер содержит раму, кузов, включающий торцевую стену, содержащую каркас, обшивку, закрепленную на каркасе, а также раскосы, жестко соединенные с рамой и кузовом, ребро жесткости, отличающийся тем, что ребро жесткости, жестко соединенное с обшивкой и балкой каркаса, установлено внутри балки каркаса, при этом ребро жесткости выполнено из пластины площадью S, находящейся в диапазоне 80-300 мм, и толщиной , находящейся в диапазоне 3-8 мм.
Каркас может включать в себя соединенные между собой вертикальные и горизонтальные балки.
Вертикальные и горизонтальные балки каркаса могут быть выполнены из профилей.
Вертикальные и горизонтальные балки каркаса могут быть жестко соединены между собой сваркой.
Раскосы могут быть жестко соединены с рамой и кузовом, обшивка жестко закреплена на каркасе, ребро жесткости жестко соединено с обшивкой и балкой каркаса сваркой.
Ребро жесткости жестко может быть соединено с вертикальной балкой каркаса.
Ребро жесткости жестко может быть соединено с горизонтальной балкой каркаса.
Дополнительное ребро жесткости может быть установлено в месте соединения раскоса с торцевой стеной.
Ребро жесткости может быть установлено внутри вертикальной балки каркаса.
Ребро жесткости может быть установлено внутри горизонтальной балкой каркаса.
Вертикальные балки каркаса торцевой стены могут быть выполнены из уголков.
Вертикальные балки каркаса торцевой стены могут быть выполнены из швеллеров.
Вертикальные балки каркаса торцевой стены могут быть выполнены из профилей коробчатого сечения.
Горизонтальные балки каркаса торцевой стены могут быть выполнены из уголков.
Горизонтальные балки каркаса торцевой стены могут быть выполнены из швеллеров.
Горизонтальные балки каркаса торцевой стены могут быть выполнены из профилей коробчатого сечения.
Ребра жесткости могут иметь форму, приближенную к треугольнику.
Ребра жесткости могут иметь форму, приближенную к трапеции.
Ребра жесткости могут иметь форму, приближенную к квадрату.
Ребра жесткости могут иметь форму, приближенную к прямоугольнику.
Предложенная полезная модель иллюстрируется чертежами, где
на фиг.1 -представлен изометрический вид вагона-хоппера;
на фиг. 2, 3 - представлено расположение ребра жесткости;
на фиг. 4 (а, б, в) - профили балок каркаса торцевой стены.
Предлагаемый вагон-хоппер (фиг. 1, 2) содержит раму 1, кузов 2, включающий торцевую стену 3, содержащую каркас 4, обшивку 5, жестко закрепленную на каркасе 4, а также раскосы 6, жестко соединенные с рамой 1 и кузовом 2. Каркас 4 включает в себя балки 4.1, в состав которых входят жестко соединенные между собой вертикальные 4.1.1 и горизонтальные 4.1.2 балки, при этом внутри балок 4.1 каркаса установлено ребро жесткости 7.
Вертикальные 4.1.1 и горизонтальные 4.1.2 балки 4.1 каркаса 4 могут быть выполнены из профилей. Рама 1 может быть выполнена из стали, а элементы кузова 2 и его составные элементы из металлов или сплавов на их основе, например, из стали или алюминиевого справа.
S
k
2
Ребро жесткости 7, установленное внутри балок 4.1 каркаса, жестко соединено с балкой 4.1 каркаса 4 и обшивкой 5 и выполнено, из пластины, при этом площадь  ребра жесткости 7 находится в диапазоне 80-300 мм, а толщина  ребра жесткости 7 находится в диапазоне 3-8 мм. Наличие ребра жесткости 7 внутри балок 4.1 каркаса 4 торцевой стены позволяет равномерно распределять нагрузку между балками 4.1 каркаса 4 торцевой стены 3, то есть связывать его в единый силовой каркас 4, чем обеспечена надежность торцевой стены 3 и вагона хоппера.
Ребро жесткости 7 может быть установлено внутри горизонтальной 4.1.2 балки каркаса 4 или же внутри вертикальной 4.1.1 балки каркаса. Ребро жесткости 7 жестко соединено, например, с вертикальной 4.1.1, горизонтальной 4.1.2 балкой 4.1 каркаса 4. Дополнительное ребро жесткости 7 может быть установлено в месте соединения раскоса 6 с балкой 4.1 каркаса 4 торцевой стены 3, например, внутри балки 4.1 каркаса или внутри раскоса 6. В случае установки внутрь раскоса 6 ребро жесткости 7 должно жестко соединяться с ним.
Жесткое соединение ребра жесткости 7 с балкой 4.1 каркаса 4 (ребра жесткости 7 с вертикальной балкой 4.1.1, ребра жесткости 7 с горизонтальной балкой 4.1.2), вертикальных 4.1.1 и горизонтальных 4.1.2 балок 4.1 каркаса 4 между собой, раскоса 6 с рамой 1 и кузовом 1, обшивки 5 с каркасом 4, ребра жесткости 7 с раскосом 6 может быть выполнено, например, сваркой.
Внутри балки 4.1 каркаса 4 может быть установлено по крайней мере одно ребро жесткости 7 (фиг. 2), но при необходимости их может быть больше, например, два (фиг. 3), три, четыре, пять и так далее.
На каждой торцевой стене 3 по крайней мере в одном соединении балок 4.1 каркаса 4 внутри балки 4.1 каркаса установлено ребро жесткости 7, но при необходимости ребер жесткости 7 может быть установлено больше, например, в двух соединениях балок 4.1, трех, четырех, пяти и так далее. Также ребро жесткости 7 может быть установлено в одном или нескольких соединениях раскоса 6 с торцевой стеной.
Возможно применение при соединении балок 4.1 каркаса 4 торцевой стены 3 в вагоне-хоппере различных количественных сочетаний применяемых ребер жесткости 7 и количества соединений в которых применено ребро жесткости 7, все будет зависеть от индивидуальных особенностей конкретного вагона-хоппера и требований к достижению в нем необходимой степени надежности, так как применение более одного ребра жесткости 7 в соединении и более одного соединения повышает надежность крепления в большем количестве соединений балок 4.1 (балок 4.1 с раскосами 6), тем самым повышая надежность самого вагона.
S
k
S
k
S
k
S
k
S
k
S
k
2
2
2
2
Примером реализации может служить вагон-хоппер, в котором на каждой торцевой стене во всех соединениях вертикальной с горизонтальной балкой каркаса внутри горизонтальной балки установлено по два ребра жесткости, жестко соединенных с обшивкой торцевой стены и с горизонтальной балкой каркаса сваркой, ребро жесткости выполнено из пластины. Испытания на опытном образце проводились при площади ребра жесткости  = 80 мм и толщине ребра жесткости  = 3 мм, а также при площади ребра жесткости  = 300 мм и толщине ребра жесткости  = 8 мм. В обоих случаях конструкция показала себя надежной в эксплуатации. Выполнение площади  ребра жесткости 7 менее 80 мм и толщины  ребра жесткости 7 менее 3 мм предположительно не позволит выдержать нагрузки в соединении балок 4.1 каркаса 4 торцевой стены 3, то есть приведет к недостаточной надежности в месте их соединения, а выполнение ребра жесткости 7 площадью  более 300 мм и толщиной  более 8 мм приведет к увеличенной металлоемкости и утяжелению конструкции вагона из-за применения ребра жесткости 7 большого размера, а соответственно большей массой, при этом надежность уже обеспечивается  указанной площадью  и толщиной , поэтому применение ребра жесткости 7 с большей площадью  и толщиной  не придаст дополнительной надежности при установке ребра жесткости 7 в соединении балок 4.1 каркаса 4.
На заявляемую конструкцию разработана техническая документация и следующая ступень - это сертификация.
Таким образом, заявленной полезной моделью за счет определения параметров ребра жесткости и установкой их внутри балок каркаса торцевой стены обеспечено создание более надежного вагона-хоппера.