Кузов полувагона

Предложенная полезная модель относится к конструкции железнодорожных вагонов, а именно к конструкции кузова полувагона.
Из уровня техники известен кузов полувагона (Патент России на полезную модель №172299, опубликован 04.07.2017), включающий раму, торцевые стены, боковые стены и пол с разгрузочными люками, при этом каждая торцевая стена состоит из каркаса и закрепленной на нем обшивки, причем нагруженные элементы каркаса торцевой стены снабжены накладками, выполненными из стали, имеющей более высокий класс прочности, чем сталь, из которой выполнена обшивка торцевой стены.
Известен кузов полувагона (Заявка на патент США №2015375760 А1, опубликована 31.12.2015), содержащий раму с закрепленными на ней боковыми и торцевыми стенами, состоящие из панелей обшивки и каркасов, включающие в себя горизонтальные пояса и обвязки.
Кроме того, известен кузов железнодорожного полувагона (Патент России на изобретение №2325294, опубликован 27.05.2008), принятый за прототип, содержащий раму с закрепленными на ней торцевыми и боковыми стенами, состоящими из обшивки и каркасов, которые состоят из стоек, поясов и обвязок, имеющих замкнутое сечение, сваренных из верхнего и нижнего элементов. При этом обвязка торцевой стены, опирающаяся на угловые стойки, изготовленные из швеллера, замкнутого листом, жестко соединена с обвязкой боковой стены с использованием накладки, установленной на совпадающие верхние поверхности обвязок, и накладки, установленной с внешней боковой стороны кузова, кроме того, пояса торцевой стены, изготовленные из двух швеллеров, развернуты друг к другу торцевыми гранями полок и соединены по всей длине планкой, установленной на внешние полки швеллеров, причем обвязка торцевой стены, продленная торцевой гранью за лист угловой стойки, присоединена поверхностью, направленной внутрь кузова, к торцевой грани верхнего элемента обвязки боковой стены, при этом нижний элемент обвязки боковой стены по длине меньше или равен длине верхнего элемента, вместе с этим, к нижней поверхности нижнего элемента приварена планка, которая также приварена боковой поверхностью к листу угловой стойки и продленной частью к обвязке торцевой стены.
К недостатку известных технических решений, в том числе прототипа, следует отнести недостаточную прочность соединения боковых и торцевых стен кузова полувагона.
Предлагаемой полезной моделью решается техническая проблема недостаточной прочности соединения боковых и торцевых стен кузова полувагона.
Технический результат заключается в повышении прочности соединения боковых и торцевых стен кузова полувагона без значительного увеличения металлоёмкости конструкции.
Технический результат достигается тем, что кузов полувагона содержит раму с закрепленными на ней боковыми стенами и торцевыми стенами, состоящими из обшивки и каркасов, включающих в себя горизонтальные пояса и обвязки, при этом в зонах соединения боковой стены с горизонтальными поясами торцевой стены закреплены усиливающие накладки, причем толщина каждой усиливающей накладки задана из диапазона от 3 до 6 мм, длина каждой усиливающей накладки задана из диапазона от 160 до 350 мм, ширина каждой усиливающей накладки задана из диапазона от 120 до 200 мм.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что каждая усиливающая накладка закреплена посредством сварки.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется фигурами, на которых показано:
Фиг.1 – кузов полувагона, общий вид, где 1 – рама, 2 – боковая стена, 3 – торцевая стена, 3.1 – обшивка, 3.2 – каркас, 3.2.1 – горизонтальные пояса, 3.2.2 – обвязки, 4 – усиливающая накладка.
Фиг. 2 – зона соединения боковой стены и торцевой стены, где 2 – боковая стена, 3 – торцевая стена, 4 – усиливающие накладки.
Фиг. 3 – зависимость максимальных напряжений в месте соединения боковой стены и торцевой стены от толщины усиливающей накладки (при длине усиливающей накладки, равной 160 мм).
Фиг. 4 – зависимость максимальных напряжений в месте соединения боковой стены и торцевой стены от длины усиливающей накладки (при толщине усиливающей накладки, равной 3 мм).
Кузов полувагона содержит раму 1 с закрепленными на ней боковыми стенами 2 и торцевыми стенами 3, которые соединены между собой. Торцевые стены 3 состоят из обшивки 3.1 и каркасов 3.2, включающих в себя горизонтальные пояса 3.2.1 и обвязки 3.2.2. В зоне соединения боковой стены 2 с горизонтальными поясами 3.2.1 торцевой стены 3 закреплены усиливающие накладки 4. Усиливающие накладки 4 закреплены посредством сварки. Толщина каждой усиливающей накладки 4 задана из диапазона от 3 до 6 мм, длина задана из диапазона от 160 до 350 мм и ширина задана из диапазона от 120 до 200 мм.
Наличие в конструкции кузова полувагона усиливающих накладок 4 в зонах соединения боковой стены 2 с горизонтальными поясами 3.2.1 торцевой стены 3 обеспечивает повышение прочности зон соединения боковых стен 2 и торцевых стен 3 без значительного увеличения металлоёмкости конструкции.
Оптимальная толщина и длина усиливающих накладок 4 подобрана исходя из прочностного расчёта, проведенного в соответствии с ГОСТ 33211-2014, при этом определяющим прочность места соединений боковой стены 2 и торцевой стены 3 является режим «Удар 3,5 МН», а допускаемые напряжения согласно ГОСТ 33211-2014 и ГОСТ 19281-2014 для этого режима равны 325 МПа. Установлено, что заданные диапазоны толщины каждой усиливающей накладки 4, обеспечивают достижение указанного технического результата. При значениях толщины менее 3 мм каждой усиливающей накладки 4 не достигается достаточное повышение прочности соединения боковых стен 2 и торцевых стен 3 кузова полувагона. Из представленной зависимости (Фиг.3) видно, что толщина усиливающей накладки 4 в нижних границах диапазонов (3 мм) обеспечивает необходимую прочность места соединения боковой стены 2 и торцевой стены 3, в этом случае, максимальные напряжения являются ниже допустимых (согласно ГОСТ 33211-2014). При значении толщины 6 мм каждой усиливающей накладки 4 обеспечивается снижение напряжений на 60 – 70 МПа относительно максимально допустимых значений (325 МПа),  при этом увеличение толщины накладки 4 более 6 мм нецелесообразно, поскольку в этом случае значительно увеличивается металлоёмкость конструкции.
Нижний предел диапазона длины 160 мм усиливающей накладки 4 регламентирован прочностью места соединения боковой стены 2 и торцевой стены 3, а верхний предел 350 мм диапазона регламентирован вписыванием вагона в габарит. Установлено, что при значениях длины менее 160 мм каждой усиливающей накладки 4 не достигается достаточное повышение прочности соединения боковых стен 2 и торцевых стен 3 кузова полувагона. Из представленной зависимости (Фиг.4) видно, что длина усиливающей накладки 4 в нижних границах диапазонов (160 мм) обеспечивает необходимую прочность места соединения боковой стены 2 и торцевой стены 3, при этом максимальные напряжения являются ниже допустимых (согласно ГОСТ 33211-2014). При значении длины 350 мм каждой усиливающей накладки 4 также обеспечивается снижение напряжений на 60 – 70 МПа относительно максимально допустимых значений (325 МПа).
Ширина усиливающих накладок 4 зависит от ширины горизонтальных поясов 3.2.1 обвязки 3.2.2 торцевой стены 3.
В конкретном примере реализации кузов полувагона содержит раму 1 с закрепленными на ней боковыми стенами 2 и торцевыми стенами 3, которые соединены между собой. Торцевые стены 3 состоят из панелей обшивки 3.1 и каркасов 3.2, включающих в себя горизонтальные пояса 3.2.1 и обвязки 3.2.2, причем в зонах соединения боковой стены 2 с горизонтальными поясами 3.2.1 торцевой стены 3 закреплены усиливающие накладки 4. Усиливающие накладки 4 закреплены посредством сварки. Толщина каждой усиливающей накладки 4 равна 3 мм, длина равна 160 мм и ширина равна 120 мм.
Таким образом, как показано в вышеприведённом описании полезной модели, достигается технический результат, заключающийся в повышении прочности соединения боковых и торцевых стен кузова полувагона без значительного увеличения металлоёмкости конструкции.
Предложенное техническое решение может быть использовано в известных из уровня техники полувагонах.