НАДРЕССОРНАЯ БАЛКА ТЕЛЕЖКИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ГРУЗОВОГО ВАГОНА

Заявляемая полезная модель относится к железнодорожному транспорту и касается конструкций грузовых тележек железнодорожного вагона, в частности, к конструкции надрессорной балки.
Известна конструкция надрессорной балки тележки железнодорожного грузового вагона, содержащая верхний с технологическими отверстиями пояс, включающий в себя кольцевую плиту подпятника с буртом и системой продольных и поперечных подкрепляющих ребер, нижний пояс с внутренними продольными ребрами, вертикальные боковые стенки с технологическими отверстиями и надрессорные постели. [Патент на изобретение SU 1463593, B61F 5/52, опубл. 07.03.1989 Бюл. № 9].
Недостатком данной конструкции является недостаточная прочность и жесткость надрессорной балки, в следствие ее конструктивного выполнения, а именно геометрического выполнения и взаимного расположения продольных и поперечных подкрепляющих ребер, приводящего к снижению несущей способности внутренней поверхности плиты подпятника надрессорной балки, а именно в возникновении  концентраций напряжений в местах сопряжений поперечных подкрепляющих ребер и боковых стенок надрессорной балки.
н
Также известна конструкция надрессорной балки тележки железнодорожного грузового вагона [Патент на изобретение SU 1220990, B61F 5/52, опубл. 30.03.1986 Бюл. № 12], содержащая верхний с технологическими отверстиями пояс, включающий плиту подпятника с буртами и системой продольных и поперечных подкрепляющих ребер, нижний пояс с внутренними продольными ребрами, вертикальные боковые стенки с технологическими отверстиями и надрессорные постели, продольные ребра плиты подпятника и нижнего пояса расположены в вертикальных плоскостях, проходящих через отверстия верхнего пояса, причем отношения их средних высот к номинальной толщине нижнего пояса δ составляет 1,3 – 1,4 для ребер нижнего пояса и 1,8 – 2 для ребер плиты подпятника в зоне, ограниченной сечениями, перпендикулярными к продольной оси балки и касательными к наружной поверхности бурта подпятника, крайние поперечные ребра плиты подпятника выполнены концентричными с буртом подпятника и расположены от его вертикальной оси на расстоянии 0,6 – 0,8 внутреннего радиуса бурта, нижний пояс на участках между сечениями, касательными к бурту подпятника, и надрессорными постелями, и верхний пояс, на участках между сечениями отстоящими на расстоянии не менее двух толщин плиты подпятника.
Данная конструкция выбрана в качестве прототипа для заявляемой полезной модели.
Существенными недостатками данной конструкции являются:
- недостаточная прочность и жесткость надрессорной балки, вследствие ее конструктивного выполнения, выраженная в снижении несущей способности наиболее перегруженной плиты подпятника надрессорной балки, а именно в возникновении  концентраций напряжений в местах сопряжений поперечных подкрепляющих ребер и боковых стенок надрессорной балки;
- плита подпятника имеет консольное выдвижение по отношению к боковым стенкам надрессорной балки и соответственно требует подкрепления, для создания равнонагруженной конструкции надрессорной балки, в ответственных сечениях наружной опорной поверхности плиты подпятника, находящейся с внешней стороны боковых стенок, при перераспределении вертикальных напряжений,  возникающих  в моменты систематической перевалки кузова на подпятниках тележки и периодических отрывах пятника от крайних зон опорной поверхности подпятниковой плиты.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание конструкции надрессорной балки тележки железнодорожного грузового вагона, обеспечивающей повышение прочности опорной поверхности плиты подпятника надрессорной балки, снижении концентрации напряжений возникающих в местах сопряжений поперечных подкрепляющих ребер и боковых стенок надрессорной балки, расположенных с внутренней стороны плиты подпятника, а также подкрепления наружной поверхности плиты подпятника с внешней стороны боковых стенок надрессорной балки.
Техническим результатом от применения предлагаемой полезной модели является повышение прочности надрессорной балки и снижение концентраций напряжений в средней части верхнего пояса в зоне опорной поверхности подпятниковой плиты. Дополнительный технический результат, достигаемый от использования  заявляемой полезной модели заключается в подкреплении  наружной поверхности плиты подпятника с внешней стороны боковых стенок надрессорной балки, при перераспределении вертикальных напряжений,  возникающих  в моменты систематической перевалки кузова на подпятниках тележки и периодических отрывах пятника от крайних зон опорной поверхности подпятниковой плиты.
Поставленная задача решается, а указанный технический результат достигается тем, что надрессорная балка тележки грузового железнодорожного вагона, выполненная в виде отливки коробчатого сечения, содержащая нижний пояс, боковые стенки, верхний пояс, включающий плиту подпятника с системой продольных и поперечных ребер, а также надрессорные постели с консольных частей надрессорной балки, отличающаяся тем, что поперечные крайние и средние внутренние ребра на верхнем поясе, в зоне подпятниковой плиты, расположенные между боковыми стенками надрессорной балки и продольными ребрами, выполнены параллельно поперечной оси надрессорной балки со смещением друг относительно друга и с переменной высотой, при этом с каждой внешней стороны боковых стенок надрессорной балки и нижней поверхностью подпятниковой плиты выполнены крайние внешние ребра со смещением относительно крайних поперечных внутренних ребер и внешнее среднее ребро совпадающее расположением с внутренним средним поперечным ребром.
Среднее внешнее ребро выполнено выше поперечного среднего внутреннего ребра.
Высота среднего внешнего ребра выполнена в интервале от 43 до 47 мм, а высота поперечного среднего внутреннего ребра выполнена в интервале от 35 до 39 мм.
Высота поперечных крайних внутренних ребер выполнена в интервале от 48 до 52 мм.
Высота крайних внешних ребер выполнена в интервале от 68 до 72 мм.
Толщина (S1) поперечных крайнего и среднего внутреннего ребра больше толщины (S2) крайнего и среднего внешнего ребра.
Толщина (S1) поперечного крайнего и среднего внутреннего ребра выполнена в интервале от 18,2 до 22,6 мм.
Толщина (S2) крайнего и среднего внешнего ребра выполнена в интервале от 16,2 до 20,6 мм.
Крайние и средние внешние ребра выполнены в  форме косынок.
Толщина продольных ребер, расположенных между поперечным средним внутренним ребром и поперечным крайним внутренним ребром больше, чем толщина продольных ребер, расположенных за крайними внутренними поперечными ребрами.
На горизонтальной поверхности продольных ребер между поперечным средним внутренним ребром и поперечным крайним внутренним ребром выполнены выступы.
Выступы на горизонтальной поверхности продольных ребер выполнено высотой в интервале от 3 до 5 мм и шириной в интервале от 30 до 35 мм.
Смещение поперечных крайних внутренних ребер относительно поперечных средних внутренних ребер выполнено в интервале от 6(S1)  до 7(S1) толщины (S1) поперечного крайнего и среднего внутреннего ребра.
Смещение крайних внешних ребер относительно поперечных крайних внутренних ребер выполнено в интервале от 0,5(S1) до 1,5(S1)  толщины (S1) поперечного крайнего и среднего внутреннего ребра.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами:
Фиг. 1 –Надрессорная балка (продольный разрез);
Фиг. 2 – Надрессорная балка (изометрия).
Надрессорная балка, выполненная в виде отливки коробчатого сечения, содержит нижний пояс (не показан на чертежах), боковые стенки 1, верхний пояс 2, включающий плиту подпятника 3 с системой продольных и поперечных ребер, а также надрессорные постели 4 с консольных частей надрессорной балки. С внутренней стороны плиты подпятника 3 выполнены продольные 5 и 6 ребра, также в зоне плиты подпятника 3 между боковыми стенками 1 надрессорной балки и продольными 5, 6 ребрами выполнены поперечные крайние 8 и средние 9 внутренние ребра. Поперечные крайние 8 внутренние ребра и поперечные средние 9 внутренние ребра выполнены параллельно поперечной оси надрессорной балки со смещением друг относительно друга и переменной высотой.
С каждой внешней стороны боковых стенок 1 надрессорной балки и нижней поверхностью плиты подпятника 3 выполнены крайние внешние ребра 10. Крайние внешние ребра 10 выполнены со смещением относительно поперечных крайних внутренних ребер 8.
Кроме того, среднее внешнее ребро 12 совпадает по расположению с поперечным средним внутренним ребром 9. Среднее внешнее ребро 12 выполнено по высоте выше поперечного среднего внутреннего ребра 9.
Поперечное крайнее 8 и среднее внутреннее ребро 9 выполнено толщиной S1. Крайнее внешнее ребро 10 и среднее внешнее ребро 11 выполнены толщиной S2.
Толщина (S1) поперечных крайнего 8 и среднего внутреннего ребра 9 больше толщины (S2) крайнего 10 и среднего 12 внешнего ребра.
Толщина (S1) поперечного крайнего 8 и среднего 12 внутреннего ребра выполнена в интервале от 18,2 до 22,6 мм.
Толщина (S2) крайнего 10 и среднего 12 внешнего ребра выполнена в интервале от 16,2 до 20,6 мм.
Смещение поперечных крайних внутренних ребер 9 относительно поперечных средних внутренних ребер 8 выполнено в пределе от 6(S1) до         7(S1) толщины (S1) поперечного крайнего 8 и среднего внутреннего ребра 9.
Смещение крайних внешних ребер 10 относительно поперечных крайних внутренних ребер 8 выполнено в пределах от 0,5(S1) до 1,5(S1) толщины (S1) поперечного крайнего и среднего внутреннего ребра.
Высота среднего внешнего ребра 11 выполнена в интервале от 43 до 47 мм, а высота поперечного среднего внутреннего ребра 9 выполнена в интервале от 35 до 39 мм.
Высота поперечных крайних внутренних ребер 8 выполнена в интервале от 48 до 52 мм.
Высота крайних внешних ребер 10 выполнена в интервале от 68 до 72 мм.
Крайние 10 и средние 11 внешние ребра выполнены в форме косынок.
Ширина продольных ребер 5 и 6, расположенных между поперечным средним внутренним ребром 9 и поперечным крайним внутренним ребром 8 больше, чем ширина продольных ребер 7, расположенных за поперечными крайними внутренними ребрами 8.
На горизонтальной поверхности продольных ребер 7 между поперечным средним внутренним ребром 9 и поперечным крайним внутренним ребром 8 выполнены выступы.
Выступы на горизонтальной поверхности продольных ребер 7 выполнены высотой в интервале от 3 до 5 мм и шириной в интервале от 30 до 35 мм.
Поперечные крайние 8 и средние 9 внутренние ребра выполнены со скруглением по радиусу.
Примером реализации заявляемой полезной модели может быть надрессорная балка тележки грузового железнодорожного вагона, выполненная в виде отливки коробчатого сечения (точность отливки 11-0-0-13т по ГОСТ Р 53464-2009), содержащая нижний пояс, боковые стенки 1, верхний пояс 2, включающий плиту подпятника 3 с системой продольных и поперечных ребер, а также надрессорные постели 4 с консольных частей надрессорной балки. Поперечные крайние 8 и средние 9 внутренние ребра на верхнем поясе 2, в зоне подпятниковой плиты 3, расположены между боковыми стенками 1 надрессорной балки и продольными ребрами 5 и 6, выполнены параллельно поперечной оси надрессорной балки толщиной S1 в интервале от 18,2 до 22,6 мм со смещением в пределе от 6 S1 до 7 S1 друг относительно друга и с высотой в интервале от 48 до 52 мм и высотой в интервале от 35 до 39 мм соответственно, при этом с каждой внешней стороны боковых стенок 1 надрессорной балки и нижней поверхностью подпятниковой плиты 3 выполнены крайние внешние ребра 10 высотой в интервале от 68 до 72 мм со смещением в пределах от 0,5 S1 до 1,5 S1 относительно крайних поперечных внутренних ребер 8, и внешнее среднее ребро 11 толщиной в интервале от 18,2 до 22,6 мм и высотой в интервале от 43 до 47 мм совпадающее расположением с внутренним средним поперечным ребром 9.
Увеличение величин предложенных параметров толщины (S1) поперечного крайнего 8 и среднего 12 внутреннего ребра, толщины (S2) крайнего 10 и среднего 12 внешнего ребра, смещения поперечных крайних внутренних ребер 9 относительно поперечных средних 12 внутренних ребер и смещения крайних внешних ребер 10 относительно поперечных крайних внутренних ребер 8, а также высот указанных ребер приведет к необоснованному увеличению массы подпятниковой плиты и надрессорной балки в целом, а уменьшение величин предложенных параметров толщины (S1) поперечного крайнего 8 и среднего 12 внутреннего ребра, толщины (S2) крайнего 10 и среднего 12 внешнего ребра, смещения поперечных крайних внутренних ребер 9 относительно поперечных средних 12 внутренних ребер и смещения крайних внешних ребер 10 относительно поперечных крайних внутренних ребер 8, а также высот указанных ребер приведет к уменьшению прочностных качеств надрессорной балки и увеличению концентраций напряжений в средней части верхнего пояса в зоне опорной поверхности подпятниковой плиты и недостаточному подкреплению наружной поверхности плиты подпятника с внешней стороны боковых стенок надрессорной балки.
Техническим результатом от применения предлагаемой полезной модели является повышение прочности надрессорной балки и снижение концентраций напряжений в средней части верхнего пояса в зоне опорной поверхности подпятниковой плиты. Дополнительный технический результат, достигаемый от использования  заявляемой полезной модели заключается подкреплении  наружной поверхности плиты подпятника с внешней стороны боковых стенок надрессорной балки при перераспределении вертикальных напряжений,  возникающих  в моменты систематической перевалки кузова на подпятниках тележки и периодических отрывах пятника от крайних зон опорной поверхности подпятниковой плиты.
В настоящее время на заявляемую полезную модель в АО «Научно-производственная корпорация «Уралвагонзавод» разработана конструкторская документация и проведены всесторонние испытания опытных образцов.