БОКОВАЯ РАМА ТЕЛЕЖКИ ГРУЗОВОГО ВАГОНА

Полезная модель относится к подвижному составу железнодорожного транспорта и может быть использована в конструкциях двухосных тележек грузовых вагонов.
В эксплуатируемых двухосных тележках модели 18-100 грузовых вагонов (Вагоны / Под ред. Л.А. Шадура. - М.: Транспорт, 1980. - 439 с.) боковая рама выполнена в виде стальной отливки, в средней части которой расположен рессорный проем, образованный верхним поясом, нижним горизонтальным поясом и двумя вертикальными колонками, на которых имеются упоры для ограничения поперечного перемещения фрикционных клиньев. В нижней части рессорного проема выполнена опорная поверхность для размещения рессорного комплекта, на которой отлиты бонки для установки и ограничители от смещения пружин. Сечения наклонных поясов и вертикальных колонок имеют корытообразную форму с некоторым загибом внутрь концов полок, а нижний и верхний пояса имеют в сечении коробчатую форму. На концах боковой рамы расположены челюстные проемы с наружными и внутренними челюстными направляющими.
Такая конструкция двухосной тележки имеет следующие недостатки, обусловленные конфигурацией боковой рамы.
Наличие открытых сечений боковой рамы в наклонном поясе уменьшает площадь его сечения и приводит к росту напряжений в нем при действии растягивающих нагрузок. Сопряжение вертикальных колонок с нижним поясом по малому радиусу приводит образованию концентраторов напряжений и, как следствие, трещин в нижних углах рессорного проема. Совпадение преломления верхнего пояса в надбуксовую зону с вертикальной плоскостью, проходящей через зону сопряжения наклонный пояс - буксовый проем, приводит к развитию трещин и отлому наружной челюстной направляющей в процессе эксплуатации при действии вагонного замедлителя или защемлении корпусом буксы.
Известно большое количество конструкций боковых рам тележки грузового вагона, выполненных в виде стальной отливки с различными решениями, направленными на увеличение прочности рамы в критических зонах.
Ближайшим аналогом к заявляемой полезной модели является конструкция боковой рамы железнодорожной тележки (RU 125949, B61F 5/52 от 20.03.2013), выполненная в виде стальной отливки, состоящая из верхнего и нижнего горизонтальных поясов, соединенных между собой вертикальными колонками, образующими совместно с горизонтальными поясами рессорный проем, в нижней части которого расположена опорная поверхность с бонками для установки пружин и ограничителями смещения пружин, наклонных поясов, образующих совместно с вертикальными колонками технологические окна, сопряженных с нижним поясом и горизонтальными опорными участками буксовых проемов, имеющих наружные и внутренние челюстные направляющие, причем наружные направляющие челюстных проемов выполнены коробчатого сечения, а внутренние направляющие челюстных проемов имеют отверстие в горизонтальной полке. Сопряжение горизонтального опорного участка буксового проема с наклонным поясом выполнено с наружными ребрами высотой H (H может быть равна 42±4 мм) и длиной L (L может быть равна 660±4 мм), начинающимися над горизонтальным опорным участком буксового проема и продолжающимися на наклонном поясе, а также с внутренними локальными утолщениями в форме усеченного конуса на вертикальных боковых стенках с центром образующей в вершине угла между горизонтальным опорным участком и вертикальной стенкой внутренней челюстной направляющей. Во внутренней полости нижнего горизонтального пояса по центру имеется вертикальное продольное ребро, продолжающееся вдоль всей опорной поверхности рессорного проема. Нижние углы рессорного проема со стороны подвесок триангеля имеют внутренние локальные утолщения в форме усеченного конуса с центром образующей в вершине угла. Внутреннее усиливающее ребро в наклонном поясе расположено по касательной к радиусу нижнего угла рессорного проема, образует угол α (α может быть равен 8±2°) с нижней полкой наклонного пояса и сопрягается с технологическим окном. Во внутренней полости нижней стенки наклонного пояса выполнено ребро, выходящее из угла сопряжения нижней стенки наклонного пояса с горизонтальной полкой внутренней челюстной направляющей, сонаправленное с нижней стенкой наклонного пояса и продолжающееся до сопряжения вертикальной стенки внутренней челюстной направляющей с горизонтальным опорным участком буксового проема. Сопряжение боковых стенок вертикальных колонок с опорной поверхностью рессорного проема со стороны подвесок триангеля по радиусу у внутреннего угла рессорного проема R1, который может составлять 40 мм, и R2 (может быть равен 10 мм) у наклонного пояса. Ограничители смещения подклиновых пружин в рессорном проеме выполнены без усиливающих ребер в месте перехода опорной поверхности на вертикальные стенки рессорного проема.
Недостатком данной конструкции боковой рамы является недостаточная прочность рамы в зоне наружного радиуса буксового проема и в зоне нижнего радиуса рессорного проема при действии на боковую раму крутящего момента от поперечной силы, передающейся через наружные челюстные направляющие, и противоположно направленной поперечной силы, передающейся через опорную поверхность рессорного проема.
Задачей полезной модели является разработка боковой рамы тележки грузового вагона надежной в эксплуатации.
Технический результат заключается в повышении долговечности при эксплуатации.
Технический результат достигается тем, что боковая рама тележки грузового вагона, выполненная в виде стальной отливки, состоящая из верхнего и нижнего горизонтальных поясов, соединенных между собой вертикальными колонками, образующими совместно с горизонтальными поясами рессорный проем, в нижней части которого расположена опорная поверхность с бонками для установки пружин и ограничителями от смещения пружин, наклонных поясов, образующих совместно с вертикальными колонками технологические окна, сопряженных с нижним поясом и горизонтальными опорными участками буксовых проемов, имеющих наружные и внутренние челюстные направляющие, сопряжение горизонтального опорного участка буксового проема с наклонным поясом выполнено с внешними ребрами, начинающимися над горизонтальным опорным участком и продолжающимися на наклонном поясе. Наружные челюстные направляющие имеют внешние ребра шириной H1 и длиной L, которые начинаются над горизонтальной опорной поверхностью буксового проема, огибают наружный угол буксового проема и продолжаются на наружной челюстной направляющей под углом αк горизонтали, между внешними ребрами наружных челюстных направляющих и внешними ребрами сопряжения горизонтального опорного участка буксового проема с наклонным поясом (т.е.над внутренними челюстными направляющими буксового проема) над горизонтальным опорным участком выполнен разрыв, боковые стенки вертикальных колонок в зоне перехода в нижний горизонтальный пояс сужаются с высоты H2 от уровня опорной поверхности на величину B1 с каждой стороны, поперечная стенка вертикальной колонки имеет с двух сторон треугольные выступы толщиной t, имеющие в основании ширину B2, ребро под опорной поверхностью рессорного проема размещено под треугольным выступом на поперечной стенке вертикальной колонки.
Внешние ребра имеют ширину H1 от 36 до 44 мм, длину L от 186 до 194 мм, и угол α от 50° до 60°.
Высота H2 составляет не менее 100 мм, сужение B1 составляет не менее 10 мм, толщина t не менее 15 мм, ширина B2 не менее 15 мм.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:
- на фиг.1 изображен общий вид боковой рамы тележки грузовых вагонов с разрезом по продольной плоскости;
- на фиг.2 показано сечение А-А;
- на фиг.3 показана аксонометрическая проекция боковой рамы с вырезом.
Боковая рама (фиг.1) тележки грузового вагона, выполненная в виде стальной отливки, состоящая из верхнего 1 и нижнего 2 горизонтальных поясов, соединенных между собой вертикальными колонками 3, образующими совместно с горизонтальными поясами рессорный проем 4, в нижней части которого расположена опорная поверхность 5 с бонками 6 для установки пружин и ограничителями 7 смещения пружин, наклонных поясов 8, образующих совместно с вертикальными колонками технологические окна 9, сопряженных с нижним поясом и горизонтальными опорными участками 10 буксовых проемов 11, имеющих наружные 12 и внутренние 13 челюстные направляющие. Сопряжение горизонтального опорного участка 10 буксового проема с наклонным поясом выполнено с внешними ребрами 14, начинающимися над горизонтальным опорным участком 10 и продолжающиеся на наклонном поясе 8.
Наружные челюстные направляющие 12 имеют внешние ребра 15 шириной H1 (40±4 мм) и длиной L (длиной 190±4 мм), начинающиеся над горизонтальной опорной поверхностью буксового проема, огибающие наружный угол буксового проема и опускающиеся вниз под углом а (составляющий 55±5°) к горизонтали по наружной челюстной направляющей. Между внешними ребрами 15 наружных челюстных направляющих 12 и внешними ребрами 14 (над внутренними челюстными направляющими 13 буксового проема) над горизонтальным опорным участком имеется разрыв 16. Боковые стенки вертикальных колонок 3 зоне перехода в нижний горизонтальный пояс выполнены с сужением с высоты H2 (не менее 100 мм) от уровня опорной поверхности 5 на величину B1 (не менее 10 мм) с каждой стороны фиг.2. Поперечная стенка вертикальной колонки имеет с двух сторон треугольные выступы 17 толщиной t (не менее 15 мм), имеющие в основании ширину B2 (не менее 15 мм). Ребро 18, расположенное под опорной поверхностью рессорного проема, размещено под треугольным выступом 17 на поперечной стенке вертикальной колонки 3.
Боковая рама тележки грузового вагона работает следующим образом.
Основным несущим элементом боковой рамы является наклонный пояс 8, который растягивается при приложении к боковой раме, опертой в буксовых проемах 11 на колесные пары, нагрузки через опорную поверхность 5 рессорного проема 4.
Наружные 12 и внутренние 13 челюстные направляющие буксового проема ограничивают продольные и поперечные перемещения колесных пар относительно боковой рамы. Расчет механических напряжений от действия на боковую раму крутящего момента от поперечной силы, передающейся через наружные челюстные направляющие, и противоположно направленной поперечной силы, передающейся через опорную поверхность рессорного проема показал, что одной из наиболее нагруженных зон является переход от горизонтального опорного участка 10 в наружную челюстную направляющую 12. Наличие внешних ребер 15 обеспечивает снижение напряжений в зоне перехода горизонтального опорного участка 10 в наружную челюстную направляющую 12 от воздействия поперечной силы, что повышает прочность и долговечность боковой рамы.
Нижний горизонтальный пояс рессорного проема 4 воспринимает нагрузку от рессорного комплекта и надрессорной балки. Расчет механических напряжений от действия на боковую раму крутящего момента от поперечной силы, передающейся через наружные челюстные направляющие, и противоположно направленной поперечной силы, передающейся через опорную поверхность рессорного проема показал, что одной из наиболее нагруженных зон является зона перехода вертикальной колонки 3 в опорную поверхность 5. Наличие треугольных выступов 17, имеющих ширину не менее 25 мм в своем основании, и размещение ребра 18 под треугольным выступом 17 снижает напряжения в нижнем горизонтальном поясе 2 и в зоне перехода вертикальной колонки 3 рессорного проема 4 в опорную поверхность 5 от воздействия поперечной силы, что также повышает прочность и долговечность боковой рамы. Сужение B1 боковых стенок вертикальной колонки, начиная с высоты H2, обеспечивает возможность размещения треугольных выступов 17.