Узел соединения заднего упора автосцепного устройства с хребтовой балкой

Заявляемая полезная модель относится к области железнодорожного транспорта, в частности к узлу соединения заднего упора с хребтовой балкой.
Из уровня техники известна конструкция консольной части хребтовой балки (Заявка на патент США №20070151941А1, опубликована 05.07.2007), содержащая размещенный во внутренней полости хребтовой балки задний упор с базирующим элементом, которым указанный упор закреплен в фиксирующих сквозных окнах-пазах.
Недостатком известной конструкции является неплотное прилегание заднего упора к верхней горизонтальной стенке хребтовой балки, а также отсутствие сварного соединения верхней горизонтальной стенки хребтовой балки с упорным угольником, в результате чего снижается прочность соединения узла.
Известен узел соединения упоров автосцепного устройства с хребтовой балкой (Патент России на полезную модель №175175, опубликован 24.11.2017), содержащий передний и задний упоры, выполненные раздельными и установленные в проемах концевых частей хребтовой балки, задний упор состоит из торцевой пластины и упорных угольников, каждый из которых имеет упорные площадки на торцах и горизонтально расположенные на внешних сторонах боковых стенок наружные выступающие элементы в виде ребер, выполненные с уширением, в боковых стенках концевых частей хребтовой балки выполнены сквозные пазы, наружные выступающие элементы в виде ребер в сборе с хребтовой балкой прилегают к внутренним поверхностям боковых стенок концевых частей хребтовой балки, а соединение переднего упора и заднего упора с хребтовой балкой дополнительно осуществляют сквозь пазы посредством электросварки, при этом упорные угольники установлены к верхней внутренней горизонтальной стенке хребтовой балки при помощи сварного шва.
Кроме того, известен узел соединения упоров автосцепного устройства с хребтовой балкой (Патент России на изобретение №2654458, опубликован 17.05.2018), принятый за прототип, содержащий передний и задний упоры, выполненные раздельными, установленные в проемах концевых частей хребтовой балки, задний упор состоит из торцевой пластины и упорных угольников, каждый из которых имеет упорные площадки на торцах, наружные выступающие элементы в виде ребер, горизонтально расположенные на внешних сторонах боковых стенок, в боковых стенках концевых частей хребтовой балки выполнены сквозные отверстия, причем наружные выступающие элементы в виде ребер, расположенные на боковых стенах переднего и заднего упоров, в сборе с хребтовой балкой прилегают к внутренним поверхностям боковых стенок концевых частей хребтовой балки без проникновения сквозь отверстия хребтовой балки, а соединение упоров автосцепного устройства с хребтовой балкой осуществлено сквозь отверстия посредством электросварки.
Недостатком известного технического решения является недостаточная прочность узла, поскольку из-за формы рёбер, выполненных в виде узких горизонтальных элементов, упирающихся своими узкими торцами в поверхности ответных пазов, создаются большие контактные напряжения в местах стыка, вызывающие внутренние напряжения во взаимодействующих элементах, приводящие к возникновению трещин в местах соединения. Кроме того, при монтаже упорных угольников, описанных в прототипе, появляется необходимость последовательного совмещения трех длинных узких ребер и трех отверстий. Выполнение ребер длинными и узкими затрудняет процесс монтажа, поскольку нет плавной поверхности, которая могла бы выступать в роли направляющей для совмещения баз при их перекосе.
К общему недостатку описанных выше технических решений, в том числе прототипа, следует отнести недостаточную прочность узла.
Предлагаемой полезной моделью решается техническая проблема недостаточной прочности узла соединения заднего упора автосцепного устройства с хребтовой балкой.
Технический результат заключается в повышении прочности узла соединения заднего упора автосцепного устройства с хребтовой балкой при упрощении процесса позиционирования заднего упора при монтаже.
Технический результат достигается тем, что узел соединения заднего упора автосцепного устройства с хребтовой балкой содержит базирующие выступающие элементы, выполненные на наружных боковых стенках упорных угольников заднего упора, и ответные базирующие отверстия, выполненные в боковых стенках концевых частей хребтовой балки, при этом базирующие выступающие элементы выполнены в виде рёбер, вытянутых параллельно оси хребтовой балки, и размещены в базирующих отверстиях хребтовой балки, причем рёбра базирующих выступающих элементов попарно соединены скруглёнными концами.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что толщина каждого ребра составляет от 8 до 25 мм.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что расстояние между ответными базирующими отверстиями в хребтовой балке составляет от 20 до 170 мм.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежами, на которых показано:
Фиг.1 – узел соединения заднего упора автосцепного устройства с хребтовой балкой, где 1 – базирующие выступающие элементы, 2 – наружные боковые стенки, 3 – упорные угольники, 4 – ответные базирующие отверстия, 5 – хребтовая балка, 6 – рёбра.
Фиг.2 – упорный угольник, 1 – базирующие выступающие элементы, 2 – наружная боковая стенка, 6 – рёбра.
Фиг.3 – узел соединения заднего упора автосцепного устройства с хребтовой балкой, где 5 – хребтовая балка.
Фиг.4 – узел соединения заднего упора автосцепного устройства с хребтовой балкой, разрез А-А, 1 – базирующие выступающие элементы, 3 – упорный угольник, 4 – ответные базирующие отверстия, 5 – хребтовая балка.
Фиг.5 – узел соединения заднего упора автосцепного устройства с хребтовой балкой, разрез Б-Б, где 5 – хребтовая балка, 6 – рёбра.
Фиг.6 – распределение усталостного разрушения в элементах заднего упора и его сварных соединениях при действии продольных ударных и квазистатических сжимающих сил, 1 – базирующие выступающие элементы, 6 – рёбра.
Узел соединения заднего упора автосцепного устройства с хребтовой балкой содержит базирующие выступающие элементы 1, выполненные на наружных боковых стенках 2 упорных угольников 3 заднего упора, и ответные базирующие отверстия 4, выполненные в боковых стенках концевых частей хребтовой балки 5. Базирующие выступающие элементы 1 выполнены в виде рёбер 6, вытянутых параллельно оси хребтовой балки 5, и размещены в базирующих отверстиях 4 хребтовой балки 5, причем рёбра 6 базирующих выступающих элементов 1 попарно соединены скруглёнными концами. Толщина каждого ребра 6 составляет от 8 до 25 мм, а расстояние между ответными базирующими отверстиями 4 в хребтовой балке 5 составляет от 20 до 170 мм.
Предлагаемая конструкция узла соединения заднего упора автосцепного устройства с хребтовой балкой обеспечивает повышение прочности узла при упрощении процесса позиционирования упорных угольников 3 при монтаже, за счет того, что приварка упора реализована посредством базирующих выступающих элементов через ответные базирующие отверстия 4, выполненные в боковых стенках концевых частей хребтовой балки 5, при этом рёбра 6 являются дополнительными элементами жёсткости конструкции. Рёбра 6 базирующих выступающих элементов 1 соединены между собой скругленными концами (радиусными участками), которые позволяют распределить контактные усилия на большую площадь, за счет этого достигается снижение внутренних напряжений в узле и повышается его прочность. При соединении заднего упора с хребтовой балкой через выступающие элементы 1, соединенные между собой скругленными концами, увеличивается длина сварных швов и исключается концентрация напряжений в узле в режиме эксплуатационных нагружений. Помимо сварных соединений, расположенных по контуру упорного угольника 3, увеличение длины сварных швов достигается в том числе при помощи представленной схемы базирования упорного угольника 3 в ответные базирующие отверстия 4 хребтовой балки 5, по контуру которых накладываются дополнительные сварные швы, приводящие к увеличению жесткости узла рассматриваемого соединения. Отличительные признаки в виде рёбер 6 базирующих выступающих элементов 1, попарно соединенных скруглёнными концами, позволяют уменьшить значение коэффициента снижения предела выносливости материала, тем самым повысить усталостную прочность узла соединения заднего упора автосцепного устройства с хребтовой балкой 5. При этом скругленные концы при монтаже заднего упора служат плавными направляющими поверхностями, способствующими более лёгкому взаимному ориентированию соединяемой хребтовой балки 5 и заднего упора. Кроме того, количество выступов и соответствующих отверстий в предлагаемом техническом решении уменьшено, по сравнению с прототипом, что дополнительно упрощает процесс позиционирования.
Усиление стенок каждого упорного угольника 3 рёбрами 6 повышают прочность узла. Толщина каждого ребра 6, взятая менее 8 мм, не обеспечивает необходимую прочность узла, в результате в процессе эксплуатации узел будет подвергнут преждевременному разрушению. Толщина каждого ребра 6, взятая более 25 мм, приведет к неоправданному повышению металлоемкости узла, при этом не достигается равномерное распределение действующих нагрузок. При выполнении ответных базирующих отверстий 4 в хребтовой балке 5 с расстоянием между друг другом менее 20 мм или более 170 мм не обеспечивается равномерное распределение действующих на узел нагрузок. На Фиг.6. показано распределение усталостного разрушения в элементах заднего упора и его сварных соединениях при действии продольных ударных и квазистатических сжимающих сил. Слева отображена цветовая шкала, с распределением циклов нагружения упорного угольника 3, соответствующих сроку службы 40 лет. В соответствии с этой шкалой можно наблюдать равномерный характер нагружения упорных угольников 3.
В конкретном примере реализации узел соединения заднего упора автосцепного устройства с хребтовой балкой содержит базирующие выступающие элементы 1, выполненные на наружных боковых стенках 2 упорных угольников 3 заднего упора, и ответные базирующие отверстия 4, выполненные в боковых стенках концевых частей хребтовой балки 5. Базирующие выступающие элементы 1 выполнены в виде рёбер 6, вытянутых параллельно оси хребтовой балки 5, и размещены в базирующих отверстиях 4 хребтовой балки 5, причем рёбра 6 базирующих выступающих элементов 1 попарно соединены скруглёнными концами. Толщина каждого ребра 6 равна 14 мм, а расстояние между ответными базирующими отверстиями 4 в хребтовой балке 5 равно 100 мм. Упорные угольники 3 устанавливают в хребтовую балку 5 таким образом, чтобы базирующие выступающие элементы 1 упорных угольников 3 проходили через ответные базирующие отверстия 4, выполненные в боковых стенках концевых частей хребтовой балки 5. Далее происходит приварка тавровым швом базирующих выступающих элементов 1 упорного угольника 3 к стенке хребтовой балки 5.
Таким образом, как показано в вышеприведённом описании полезной модели, достигается технический результат, заключающийся в повышении прочности узла соединения заднего упора автосцепного устройства с хребтовой балкой при упрощении процесса позиционирования заднего упора при монтаже.
Предложенное техническое решение может быть использовано в известных из уровня техники вагонах.