БАЛКА НАДРЕССОРНАЯ ДЛЯ ТЕЛЕЖКИ ГРУЗОВОГО ВАГОНА

Полезная модель относится к подвижному составу железнодорожного транспорта и может быть использована в конструкциях надрессорной балки для тележек грузовых вагонов.
Известна конструкция балки надрессорной тележки грузового вагона, содержащая верхний пояс, выполненный в виде стенки, несущей подпятник, плоские опорные площадки для боковых опор, RU 118275, B61F 5/52, опубл. 20.07.2012 (прототип).
Техническим недостатком данной балки надрессорной является низкая надёжность участка верхней стенки верхнего пояса между подпятником и плоскими опорными участками для боковых опор, вызванная высокими механическими напряжениями, обусловленными неоптимальным подбором геометрических параметров толщин указанного участка балки надрессорной тележки грузового вагона.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение надёжности балки надрессорной тележки грузового вагона, полученное за счёт подбора оптимальных значений геометрических параметров, в частности толщин участка верхней стенки верхнего пояса между подпятником и плоскими опорными площадками для боковых опор.
Указанный технический результат обеспечивается балкой надрессорной тележки грузового вагона, содержащей верхний пояс, выполненный в виде стенки, несущей подпятник, плоские опорные площадки для боковых опор, участок стенки верхнего пояса между подпятником и плоскими опорными площадками для боковых опор, выполнен с плавно меняющейся переменной толщиной, уменьшающейся от подпятника к плоским опорным площадкам, при этом толщина «А» участка стенки верхнего пояса у подпятника выполнена в диапазоне размеров от 25 до 35 мм, толщина «В» у плоских опорных площадок для боковых опор выполнена в диапазоне размеров от 15 до 25 мм.
Заявляемая полезная модель отличается от прототипа тем, что участок стенки верхнего пояса между подпятником и плоскими опорными площадками для боковых опор, выполнен с плавно меняющейся переменной толщиной, уменьшающейся от подпятника к плоским опорным площадкам, при этом толщина «А» участка стенки верхнего пояса у подпятника выполнена в диапазоне размеров от 25 до 35 мм, толщина «В» у плоских опорных площадок для боковых опор выполнена в диапазоне размеров от 15 до 25 мм. Такие отличия от прототипа дают основание утверждать о соответствии предлагаемого технического решения критерию патентоспособности полезной модели – «новизна».
Полезная модель представлена на чертежах, где:
- на Фиг. 1 – балка надрессорная тележки грузового вагона, главный вид;
- на Фиг. 2 – выносной элемент «Б» на Фиг. 1;
- на Фиг. 3 - 11 – эпюры внутренних механических напряжений для различных размеров исполнения балки надрессорной.
Балка надрессорная тележки грузового вагона содержит верхний пояс 1 (Фиг. 1) с подпятником 2 и верхней стенкой 3. На верхней стенке 3 выполнены плоские опорные площадки 4 для боковых опор (не показаны). Участок 3.1 стенки 3 верхнего пояса 1 между подпятником 2 и плоскими опорными площадками 4 для боковых опор выполнен с плавно меняющейся переменной толщиной. Толщина участка 3.1 стенки 3 уменьшается от подпятника 2 к плоским опорным площадкам 4 для боковых опор. При этом толщина «А» участка 3.1 стенки 3 верхнего пояса 1 у подпятника 2 выполнена в диапазоне от 25 до 35 мм.  Толщина «В» участка 3.1 стенки 3 у плоских опорных площадок 4 для боковых опор выполнена в диапазоне от 15 до 25 мм.
Для достижения технического результата, заключающегося в повышении надёжности балки надрессорной для тележки грузового вагона, необходимо снижение механических напряжений в высоконагруженных участках балки надрессорной. Добиться такого снижения механических напряжений возможно путём подбора оптимальных значений размеров и форм этих участков.
Проверка предлагаемых диапазонов толщин была произведена по критериям максимальных напряжений по Мизесу, основанным на теории Мизез-Хенки (Mises-Hencky), согласно которой пластичный материал начинает повреждаться в местах, где напряжение по Мизесу становится равным предельному напряжению.
Была проведена проверка балки надрессорной для тележки грузового вагона, выбранной в качестве прототипа. Проверка показала, что указанная балка надрессорная имеет высокие механические напряжения (зона «С») в верхнем поясе в зоне перехода горизонтальной стенки верхнего пояса в площадку под скользуны (Фиг. 3).
При выполнении участка 3.1 в предлагаемой балке надрессорной для тележки грузового вагона толщиной «А» в диапазоне от 25 до 35 мм, и толщиной «В» в диапазоне размеров от 15 до 25 мм, обеспечивается снижение механических напряжений не менее чем на 10%, при росте массы балки надрессорной всего лишь на 1,5% (Фиг. 4).
Если толщина участка «А» будет выполнена менее 25 мм и менее 15 мм для толщины «В», механические напряжения будут выше чем у прототипа - зона «D» (Фиг. 5). Кроме того, при этом увеличиваются механические напряжения в углу верхнего пояса 1 на участке перехода к подпятнику 2 - зона «E», и на внутренней стороне стенки 3 – зона «G» (Фиг. 6, 7).
Если толщина «В» меньше 15 мм, то возрастают механические напряжения на переходе верхнего пояса 1 к площадке 4 – зона «E» и на внутренней стороне горизонтальной стенки 3 верхнего пояса 1 – зона «F» (Фиг. 8, 9).
Если толщину «А» выполнить более 35 мм и толщину «В» более 25 мм механические напряжения уменьшатся на величину незначительно - 4,3%, но при этом рост массы составляет порядка 2%, что существенно хуже, чем при выполнении толщины «А» в диапазоне от 25 до 35 мм и толщины «В» в диапазоне от 15 до 25 мм (Фиг. 10, 11).
Таким образом, при выполнении участка стенки верхнего пояса толщиной «А» у подпятника в диапазоне от 25 до 35 мм и толщиной «В» у плоских опорных площадок для боковых опор в диапазоне от 15 до 25 мм обеспечивается повышение надёжности балки надрессорной для тележки грузового вагона.