РАМА ГРУЗОВОГО ВАГОНА

Предложенная полезная модель относится к области железнодорожного транспорта, а именно к конструкциям рам грузовых вагонов, и может быть использована в грузовых вагонах.
Из уровня техники известна рама грузового вагона (Патент России на полезную модель №199815, опубликован 21.09.2020), включающая хребтовую балку, две боковые, две концевые балки, промежуточные балки и два шкворневых узла, с нижними листами, причем по концам каждого нижнего листа выполнены выступающие части, имеющие с ним плавный переход и соединенные с боковой балкой по всей длине сварным швом.
Известна рама грузового вагона (Патент России на полезную модель №202485, опубликован 19.02.2021), принятая за прототип, включающая в себя хребтовую балку, шкворневую и концевую балки.
Недостатками известных технических решений, в том числе прототипа, являются высокая металлоемкость конструкции рамы и, как следствие, увеличенная масса тары грузового вагона и его пониженная грузоподъемность.
Предлагаемой полезной моделью решается техническая проблема высокой металлоемкости конструкции рамы грузового вагона.
Технический результат заключается в снижении металлоемкости конструкции рамы грузового вагона при сохранении ее прочности.
Технический результат достигается тем, что рама грузового вагона содержит хребтовую балку, шкворневую и концевую балки, причем сегмент хребтовой балки, расположенный между шкворневой и концевой балкой, включает в себя верхнюю полку, нижние полки и вертикальные стенки, соединяющие верхнюю полку с нижними полками, причем верхняя полка выполнена из частей разной толщины, причем толщина части верхней полки в зоне шкворневой балки больше толщины части верхней полки в зоне концевой балки, причем отношение толщины части верхней полки в зоне шкворневой балки к толщине части верхней полки в зоне концевой балки задано из диапазона от 1,5 до 2,5.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что верхняя полка выполнена переменной ширины, причем угол между боковыми гранями верхней полки задан из диапазона от 4° до 20°.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что каждая нижняя полка выполнена из частей разной толщины, причем толщина части каждой нижней полки в зоне шкворневой балки больше толщины части каждой нижней полки в зоне концевой балки, при этом отношение толщины части каждой нижней полки в зоне шкворневой балки к толщине части каждой нижней полки в зоне концевой балки задано из диапазона от 1,3 до 2,3.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что нижние полки выполнены переменной ширины, при этом угол между боковыми гранями нижних полок задан из диапазона от 4° до 20°.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется фигурами, на которых показано:
фиг.1 - общий вид рамы грузового вагона, где 1 - хребтовая балка, 2 - боковые балки, 3 - шкворневые балки, 4 - концевые балки;
фиг.2 - вид сверху на сегмент (А) рамы грузового вагона в пространстве между шкворневой и концевой балкой, где 3 - шкворневая балки, 4 - концевая балка, 5 - верхняя полка хребтовой балки, 5.1, 5.2, 5.3 - части верхней полки хребтовой балки, 6 - нижняя полка хребтовой балки, 6.1, 6.2 - части нижней полки хребтовой балки в зоне концевой балки 4 и в зоне шкворневой балки 3 соответственно;
В1
Н1
фиг.3 - поперечное сечение Б-Б с фиг. 1 хребтовой балки в зоне шкворневой балки, где 5 - верхняя полка хребтовой балки, 6 - нижняя полка хребтовой балки, вертикальные стенки 7 хребтовой балки, S - толщина части верхней полки хребтовой балки в зоне шкворневой балки, S - толщина части нижней полки хребтовой балки в зоне шкворневой балки;
В2
Н2
фиг. 4 - поперечное сечение В-В с фиг. 1 хребтовой балки в зоне концевой балки, где 5 - верхняя полка хребтовой балки, 6 - нижняя полка хребтовой балки, вертикальные стенки 7 хребтовой балки, S - толщина части верхней полки хребтовой балки в зоне концевой балки, S - толщина части нижней полки хребтовой балки в зоне концевой балки.
В1
В2
В1
В2
Рама грузового вагона содержит хребтовую балку 1, боковые балки 2, шкворневые балки 3 и концевые балки 4. Сегмент хребтовой балки 1, расположенный между шкворневой балкой 3 и концевой балкой 4, включает в себя верхнюю полку 5, две нижние полки 6 и две вертикальные стенки 7, соединяющие верхнюю полку 5 с нижними полками 6. Верхняя полка 5 хребтовой балки 1, расположенная между шкворневой балкой 3 и концевой балкой 4, выполнена из частей 5.1, 5.2, 5.3, имеющих разную толщину, причем толщина (S) части 5.3 верхней полки 5 в зоне шкворневой балки 3 больше толщины (S) части 5.1 верхней полки 5 в зоне концевой балки 4, при этом отношение толщины (S) части 5.3 верхней полки 5 в зоне шкворневой балки 3 к толщине (S) части 5.1 верхней полки 5 в зоне концевой балки 4 задано из диапазона от 1,5 до 2,5. Верхняя полка 5 выполнена переменной ширины, причем угол (α) между боковыми гранями верхней полки 5 задан из диапазона от 4° до 20°. Верхняя полка 5 хребтовой балки 1 может быть выполнена, по меньшей мере, из двух частей разной толщины, в предпочтительном варианте выполнения полезной модели верхняя полка 5 - из трех частей 5.1, 5.2, 5.3 разной толщины.
Н1
Н2
Н1
Н2
Нижняя полка 6 выполнена из частей 6.1, 6.2, имеющих разную толщину, причем толщина (S) части 6.2 каждой нижней полки 6 в зоне шкворневой балки 3 больше толщины (S) части 6.1 каждой нижней полки 6 в зоне концевой балки 4, при этом отношение толщины (S) части 6.2 каждой нижней полки 6 к толщине (S) части 6.1 каждой нижней полки 6 задано из диапазона от 1,3 до 2,3. Нижние полки 6 выполнены переменной ширины, при этом угол (β) между боковыми гранями нижних полок 6 задан из диапазона от 4° до 20°.
В1
В2
За счет выполнения верхней полки 5 хребтовой балки 1 из частей 5.1, 5.2, 5.3 разной толщины снижается металлоемкость конструкции рамы грузового вагона. Отношение толщины (S) части 5.3 верхней полки 5 в зоне шкворневой балки 3 к толщине (S) части 5.1 верхней полки 5 в зоне концевой балки 4 задано из диапазона от 1,5 до 2,5, исходя из снижения металлоёмкости конструкции рамы грузового вагона при достижении равномерного распределения напряжений. При отношении менее 1,5 не достигается равномерное распределение напряжений, возникающих в верхней полке 5 хребтовой балки 1 при действии эксплуатационных нагрузок, в этом случае часть 5.1 будет иметь излишний запас прочности, при этом металлоемкость конструкции снижается незначительно. При отношении более 2,5 не достигается равномерное распределение напряжений, возникающих в верхней полке 5 хребтовой балки 1 при действии эксплуатационных нагрузок, в этом случае часть 5.3 будет иметь излишний запас прочности, при этом металлоемкость конструкции будет расти за счет излишнего увеличения толщины части 5.3 верхней полки 5 в зоне шкворневой балки 3.
Н1
Н2
За счет выполнения нижних полок 6 хребтовой балки 1 из частей разной толщины также дополнительно снижается металлоемкость конструкции рамы грузового вагона. Отношение толщины (S) части 6.2 нижней полки 6 в зоне шкворневой балки 3 к толщине (S) части 6.1 нижней полки 6 в зоне концевой балки 4 задано из диапазона 1,3 до 2,3, исходя из достижения равномерного распределения напряжений при уменьшении металлоёмкости конструкции рамы. При отношении менее 1,3 и более 2,3, как и в случае с верхней полкой 5, не достигается равномерное распределение напряжений, возникающих в нижних полках 6 хребтовой балки 1 при действии эксплуатационных нагрузок.
За счет выполнения верхней полки 5 переменной ширины с углом (α) между боковыми гранями верхней полки 5, заданным из диапазона от 4° до 20°, и нижней полки 6 с углом (β) между боковыми гранями нижних полок 6, заданным из диапазона от 4° до 20°, также дополнительно уменьшается металлоёмкость конструкции рамы грузового вагона. При значениях угла (α) и (β) менее 4° не достигается равномерное распределение напряжений, возникающих в верхней полке 5 и, соответственно, в нижней полке 6 при действии эксплуатационных нагрузок. В этом случае верхняя полка 5 и, соответственно, нижняя полка 6 в зоне концевой балки 4 будут иметь излишний запас прочности, при этом металлоемкость конструкции снижается не значительно. При значениях угла (α) и (β) более 20° не достигается равномерное распределение напряжений, возникающих в верхней полке 5 и, соответственно, в нижней полке 6 при действии эксплуатационных нагрузок. В этом случае верхняя полка 5 и, соответственно, нижняя полка 6 в зоне шкворневой балки 3 будут иметь излишний запас прочности, при этом металлоемкость конструкции снижается незначительно.
Таким образом, как показано в вышеприведённом описании полезной модели, достигается технический результат, заключающийся в снижении металлоемкости конструкции рамы грузового вагона при сохранении ее прочности.
Предложенное техническое решение может быть использовано в известных из уровня техники грузовых вагонах.