ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО

Область техники
Настоящая полезная модель относится к железнодорожному транспорту и касается конструкции железнодорожных транспортных средств, в частности грузовых вагонов, предназначенных для перевозки наливных грузов, в том числе сжиженных газов, гранулированных или насыпных грузов, а также навалочных, штабельных, тарно-штучных и других грузов.
Уровень техники
Известно транспортное средство в виде сочлененного вагона, раскрытое в патенте США №3399631 B61D 3/10 B61F5/16, B61G 5/02, 03.09.1968, согласно которому крайние секции на своих крайних концах опираются на крайние тележки, а расположенные рядом промежуточные секции своими концами опираются на общие промежуточные тележки, а также концы крайних секций опираются на общие промежуточные тележки. Соседние секции соединены посредством узлов сочленения, находящихся в зоне общих промежуточных тележек. Пара расположенных рядом секций в зоне узла сочленения, соединяющего эту пару секций, опирается на одну общую промежуточную тележку. Более подробно, каждая секция имеет два конца, причем концы секций, за исключением крайних концов крайних секций, расположены рядом в зоне узла сочленения и опираются на одну общую промежуточную тележку.
Из патента США №4644871 B61D 1/14, B61D 7/02, 11.12.1985, известно железнодорожное транспортное средство, предназначенное для перевозки насыпных грузов. Известное транспортное средство представляет собой вагон и содержит две последовательно расположенные секции, опирающиеся на ходовую часть в виде двух крайних тележек и одной промежуточной тележки. Каждая секция имеет кузов для насыпного груза. Расположенные рядом концы расположенных рядом секций соединены узлом сочленения, причем в зоне узла сочленения секции опираются на одну общую промежуточную тележку.
Важно отметить, что в известном источнике указана относительно высокая расчетная статическая нагрузка от колесной пары на рельсы. Это объясняется тем, что верхнее строение железнодорожного пути в США имеет сравнительно высокую прочность.
В этой связи необходимо упомянуть, что допускаемая расчетная статическая нагрузка от колесной пары на рельсы определяется конструкцией и прочностью верхнего строения железнодорожного пути и скоростью движения поездов (см. Л.А. Шадур «Вагоны. Конструкция, теория и расчет», М.: Транспорт, 1980).
Известно, что в РФ использование высоких расчетных статических нагрузок от колесной пары тележки на рельсы ограничено прочностью верхнего строения железнодорожного пути. В настоящее время допускаемая максимальная расчетная статическая нагрузка от колесной пары тележки на рельсы ограничена величиной 250 кН (25 тс) для грузовых вагонов.
Так, например, ОАО «РЖД» «Октябрьская железная дорога» установила допустимую расчетную статическую нагрузку от колесной пары тележки на рельсы при курсировании в международном сообщении стран СНГ и Балтии вагонов с расчетной статической нагрузкой 23,5 тс от колесной пары тележки на рельсы, а также частично стран СНГ и Балтии - вагонов с расчетной статической нагрузкой 25 тс от колесной пары тележки на рельсы, поскольку верхнее строение железнодорожного пути в РФ и странах СНГ спроектировано и устроено так, что на нем не предполагается использование большего значения расчетной статической нагрузки от колесной пары тележки на рельсы.
Следовательно, применение высокой расчетной статической нагрузки от колесной пары тележки на рельсы в вагоне согласно патенту США №4644871 возможно только благодаря прочности верхнего строения железнодорожного пути в США. Как правило, железнодорожные пути США усилены за счет их веса, выбора специальных профилей, выполнения бесстыкового пути. Таким образом, увеличение грузоподъемности транспортного средства на железных дорогах США возможно до значительных величин без вредного воздействия на железнодорожный путь. Поэтому целесообразно считать, что именно конструктивная схема вагона согласно патенту США №4644871 приближена к схеме предложенного транспортного средства, но такой его показатель, как расчетная статическая нагрузка от колесной пары тележки на рельсы, следует рассматривать с учетом прочностных характеристик верхнего строения железнодорожного пути, на котором предполагается использование вагона.
В целом такой вагон аналогичен вышеописанному вагону согласно патенту США №3399631, и поэтому недостатки их подобны.
Недостатками известных транспортных средств согласно патенту США №4644871 и патенту США №3399631 являются более сильное воздействие на железнодорожный путь, чем у вагонов производства РФ и стран СНГ в настоящее время, ввиду чего эксплуатация таких вагонов в РФ и СНГ затруднена и даже невозможна.
Кроме того, в журнале «Транспорт РФ», №3 (46) за 2013, в статье «Особенности разработки скоростного сочлененного вагона-платформы для перевозки контейнеров» отражена необходимость ограничения расчетной статической нагрузки от колесной пары на рельсы. Согласно статье, разработан сочлененный вагон-платформа, в качестве ходовой части которого использованы тележки с максимальной расчетной статической нагрузкой 20 тс от колесной пары тележки на рельсы и конструкционной скоростью 140 км/ч. При применении таких тележек в вагонах снижение нагрузок на путь от уменьшения расчетной статической нагрузки от колесной пары тележки на рельсы компенсируется увеличением нагрузок от повышения скорости движения. Сочлененный вагон-платформа, раскрытый в статье «Особенности разработки скоростного сочлененного вагона-платформы для перевозки контейнеров» принят в качестве ближайшего аналога предложенной полезной модели.
Далее следует пояснение понятия «сочлененный вагон», как оно использовано в указанной статье, а также в материалах настоящей заявки. Под понятием «сочлененный вагон» следует понимать вагон, в конструкции которого использовано по меньшей мере три тележки, образующих ходовую часть вагона, и по меньшей мере две секции вагона, каждая из которых соединена с соседней секцией узлом сочленения, причем каждая пара соседних секций опирается на общую тележку. Вагоны согласно патентам США №4644871 и США №3399631 тоже допустимо охарактеризовать понятием «сочлененный вагон».
Недостаток сочлененного вагона-платформы, раскрытого в вышеуказанной статье, заключается в небольшой грузоподъемности, причиной которой является малая расчетная статическая нагрузка от колесной пары тележки на рельсы. В этом случае увеличение расчетной статической нагрузки от колесной пары тележки на рельсы при скорости 140 км/ч приведет к повышению нагрузок на железнодорожный путь и последующему его разрушению. Несмотря на то, что в указанной статье упомянуто о том, что в сочлененном вагоне-платформе удается снизить коэффициент тары, грузоподъемность остается малой и недостаточной для некоторых типов грузов. Кроме того, в вагоне-платформе согласно указанной статье коэффициент тары уменьшен за счет исключения частей конструкции рамы, что отрицательно влияет на ее надежность и может ограничивать область применения.
Раскрытие полезной модели
Задачей предлагаемой полезной модели является преодоление по меньшей мере некоторых недостатков ближайшего аналога.
Задача, на достижение которой направлена предлагаемая полезная модель, решена тем, что в железнодорожном транспортном средстве, содержащем по меньшей мере две последовательно расположенные секции, каждая из которых имеет кузов, соединена с соседней секцией узлом сочленения и опирается на две тележки, причем каждая тележка содержит колесные пары и рессорные подвешивания, а каждая пара соседних секций в зоне узла сочленения опирается непосредственно или опосредованно на одну общую тележку, в котором значение максимальной расчетной статической нагрузки от колесной пары тележки на рельсы составляет 25 тс, причем значение статического прогиба рессорного подвешивания под максимально допустимой нагрузкой брутто составляет от 70 мм до 110 мм. В одном из вариантов осуществления значение статического прогиба рессорного подвешивания под максимально допустимой нагрузкой брутто составляет от 80 мм до 110 мм.
Технический результат, достигаемый предлагаемой полезной моделью, заключается в увеличении грузоподъемности в вагоне сочлененного типа благодаря обеспечению значения максимальной расчетной статической нагрузки 25 тс от колесной пары тележки на рельсы с сохранением воздействия на железнодорожные пути РФ и стран СНГ не сильнее, чем у вагонов на тележках с максимальной расчетной статической нагрузкой 23,5 тс от колесной пары на рельсы, и с сохранением соответствия ходовых качеств предложенного транспортного средства ходовым качествам вагонов на тележках с максимальной расчетной статической нагрузкой 23,5 тс от колесной пары на рельсы, что обеспечено благодаря значению статического прогиба рессорного подвешивания под максимально допустимой нагрузкой брутто, составляющему от 70 мм до 110 мм.
Повышение максимальной расчетной статической нагрузки от колесной пары тележки на рельсы до 25 тс приводит к возрастанию нагрузок на железнодорожный путь, при этом, компенсация негативного воздействия на путь реализуется за счет выбора величины прогиба рессорного подвешивания не менее 70 мм и не более 110 мм под максимально допустимой нагрузкой брутто. В предложенной полезной модели эта величина способствует снижению ускорений, действующих на тележку и кузов при передаче сил при столкновении с неровностями рельсового пути, и обеспечивает плавность хода транспортного средства, смягчая толчки и удары, действующие со стороны рельсового пути, одновременно с обеспечением распределения взаимодействия масс подвижного состава с неровностями пути, снижая нагрузки на железнодорожный путь.
В такой конструкции железнодорожного грузового вагона реализована возможность максимального повышения грузоподъемности с учетом официально допускаемой на железнодорожном пути РФ и СНГ максимальной расчетной статической нагрузкой от колесной пары тележки на рельсы.
Кроме того, повышение грузоподъемности при сохранении массы тары значительно уменьшает коэффициент тары. Следовательно, мощность локомотива используется эффективнее и увеличивается провозная и пропускная способности железных дорог.
Краткое описание чертежей
Предлагаемое техническое решение проиллюстрировано на чертеже фиг. 1, на котором схематически изображен вид сбоку предложенного транспортного средства, которое согласно одному из возможных вариантов реализации выполнено для транспортировки наливных грузов.
Подробное описание полезной модели со ссылками на чертежи
В предлагаемой конструкции транспортное средство представляет собой вагон, который содержит две последовательно расположенные секции, на каждой из которых установлено по одному кузову, предназначенному для размещения перевозимых грузов, например в виде цистерны, предназначенной для наливных грузов, в том числе сжиженных газов. Кроме того, в некоторых вариантах реализации кузов может быть предназначен для размещения других видов грузов, например гранулированных или насыпных грузов (в этом случае используют, например, вагон-хоппер или полувагон), а также навалочных, штабельных, тарно-штучных и других грузов, для некоторых из них используют, например, вагон-платформу. Две секции вагона соединены любым подходящим узлом сочленения, который может представлять собой шарнирный узел сочленения, а каждая секция опирается на две тележки. В этом варианте реализации вагон содержит две крайние и одну промежуточную тележки, образующие ходовую часть вагона. Каждая секция опирается на отдельную крайнюю тележку, при этом обе секции также совместно опираются на промежуточную тележку.
Максимально допустимая нагрузка брутто подразумевает, что вагон будет загружаться до полного использования его грузоподъемности. В случае вагона-цистерны загрузка в целом равномерная и зависит не только от правильности действий при загрузке, но и определяется конфигурацией стенок самого вагона-цистерны, предполагаемый центр тяжести груза возможно определить уже на этапе проектирования вагона-цистерны. В случае вагона-хоппера равномерность распределения груза, кроме правильности действий при загрузке, аналогично случаю с вагоном-цистерной, определяется конфигурацией стенок кузова вагона-хоппера. В случае полувагона или вагона-платформы правильность размещения груза требует использование схем нагружения, разработанных специально для вагонов таких типов и изложенных в соответствующей нормативной документации, учебных пособиях и пр.
Следует отметить, что в других вариантах реализации вагон может содержать другое количество секций, то есть больше двух, включая две крайние секции и по меньшей мере одну промежуточную секцию, например три или четыре секции соответственно с одной или двумя промежуточными секциями, то есть в различных вариантах реализации вагон содержит по меньшей мере две секции. В этих вариантах реализации каждая крайняя секция опирается на отдельную крайнюю тележку и на промежуточную тележку совместно с соседней секцией, а каждая промежуточная секция опирается на две промежуточные тележки совместно с двумя соседними секциями.
На фиг. 1 изображено железнодорожное транспортное средство, выполненное согласно одному из возможных вариантов реализации в виде грузового вагона сочлененного типа для транспортировки наливных грузов. В этом варианте выполнения ходовая часть этого грузового вагона образована двумя крайними тележками 4 и одной промежуточной тележкой 3. Кроме того, железнодорожный грузовой вагон содержит две секции вагона, каждая из которых имеет отдельный кузов 1 в виде цистерны, предназначенный для размещения перевозимого груза, и соединена с соседней секцией узлом 2 сочленения, причем пара соседних секций в зоне узла 2 сочленения опирается непосредственно или опосредованно на одну общую для этих секций промежуточную тележку.
0
0
Далее приведен пример расчета грузоподъемности грузового вагона сочлененного типа исходя из максимальной допускаемой расчетной статической нагрузки 25 тс от колесной пары тележки на рельсы в предпочтительном варианте реализации. Причем на этапе проектирования определены следующие параметры конкретной модели вагона: масса тары вагона - T=51 т; осность сочлененного вагона - m=6; допускаемая максимальная расчетная статическая нагрузка от колесной пары тележки на рельсы - p=25 тс.
Расчетная статическая нагрузка от колесной пары тележки на рельсы и грузоподъемность вагона связаны зависимостью:
0
0
P=mp-T
(см. Л.А. Шадур «Вагоны. Конструкция, теория и расчет», М.: Транспорт, 1980)
Поэтому
P=6∗25-51=99 т.
Согласно этой формуле грузоподъемность сочлененного вагона, в котором максимальная расчетная статическая нагрузка от колесной пары тележки на рельсы менее 25 тс при сохранении той же массы тары T, меньше грузоподъемности предложенного транспортного средства. Таким образом, при выборе максимальной расчетной статической нагрузки от колесной пары тележки на рельсы менее 25 тс увеличение грузоподъемности возможно только за счет уменьшения массы тары T, что может значительно снизить показатели прочности и сопротивления усталости конструкции транспортного средства.
Кроме того, грузоподъемность увеличена без исключения частей конструкции транспортного средства, а следовательно, при таком увеличении грузоподъемности маловероятно или исключено отрицательное влияние на надежность транспортного средства и ограничение области применения.
В предложенном техническом решении повышение грузоподъемности достигнуто за счет применения конструктивной схемы сочлененного вагона совместно с максимальной расчетной статической нагрузкой от колесной пары тележки на рельсы 25 тс, коэффициент тары значительно уменьшен, благодаря чему в предложенном транспортном средстве возможно транспортировать больше килограммов груза на один килограмм массы тары. Согласно вышеупомянутому в разделе «Уровень техники», применение тележек с большим значением максимальной расчетной статической нагрузки от колесной пары тележки на рельсы железнодорожного пути РФ и стран СНГ не допустимо. Поэтому с учетом необходимости уменьшения воздействия нагрузок на указанные железнодорожные пути для их сохранения в состоянии, пригодном для эксплуатации, выбран статический прогиб рессорного подвешивания под максимально допустимой нагрузкой брутто от 70 мм до 110 мм, который обеспечивает сохранение воздействия транспортного средства в виде сочлененного вагона с тележками с максимальной расчетной статической нагрузкой 25 тс от колесной пары тележки на рельсы железнодорожных путей РФ и стран СНГ не сильнее, чем у вагонов на тележках с максимальной расчетной статической нагрузкой 23,5 тс от колесной пары тележки на рельсы.
Кроме того, в предложенном транспортном средстве возможно увеличение количества тележек и секций, так что каждая из последовательно расположенных секций, соединенная с соседней или с соседними узлом сочленения, в зоне узла сочленения опирается на одну общую промежуточную тележку, причем крайние секции транспортного средства опираются дополнительно на крайние тележки.
Например, в одном из предпочтительных вариантов реализации вагон содержит две секции, соединенные между собой через любой подходящий узел сочленения 2, кузова 1, и три тележки, две из которых - крайние тележки 4, причем на первую крайнюю тележку 4 опирается первая секция с расположенным на ней кузовом 1, и на вторую крайнюю тележку 4 опирается вторая секция с расположенным на ней кузовом 1, а одна - общая (для указанных двух секций с расположенными на них кузовами 1) промежуточная тележка 3, на которую опираются обе первая и вторая секции с соответственно расположенными на них двумя кузовами 1.
Возможен вариант, в котором три секции с расположенными на них кузовами 1 соединены между собой посредством любых подходящих узлов сочленения 2, например, посредством шарнирного узла сочленения, при этом вагон содержит четыре тележки, две из которых - крайние тележки 4, а две другие - промежуточные тележки 3, на одну из которых опирается первая секция с расположенным на ней кузовом 1 и вторая секция с расположенным на ней кузовом 1, причем на вторую промежуточную тележку 3 опирается вторая секция с расположенным на ней кузовом 1 и третья секция с расположенным на ней кузовом 1. На первую крайнюю тележку 4 опирается первая секция с расположенным на ней кузовом 1, и на вторую крайнюю тележку 4 опирается третья секция с расположенным на ней кузовом 1.
Таким образом, принимая n - количество тележек, а m - количество секций, в предпочтительном варианте реализации n=3 и m=2.
В предложенном транспортном средстве для образования вагона сочлененного типа возможно увеличение количества тележек и секций, чтобы выполнялось соотношение n=m+1, а также возможно соединение таких вагонов как между собой, так и с любыми другими вагонами.
Если для образования вагона используют две секции с установленными на них кузовами 1, то один кузов 1 опирают на крайнюю тележку 4 и промежуточную тележку 3, второй кузов 1 - на ту же промежуточную тележку 3 и на вторую крайнюю тележку 4. Таким образом, промежуточная тележка 3 является общей для двух последовательно расположенных секций. Секции между собой соединяют посредством любых подходящих узлов сочленения 2, например посредством шарнирного узла сочленения. Если для образования вагона используют три секции с установленными на них кузовами 1, то один кузов 1 опирают на крайнюю тележку 4 и промежуточную тележку 3, второй кузов 1 - на две промежуточные тележки 3, а третий кузов - на промежуточную тележку 3 и еще одну крайнюю тележку 4. Таким образом, промежуточная тележка 3 является общей для двух последовательно расположенных секций. Для образования вагона с большим количеством секций необходимо соответствующее увеличение количества секций и промежуточных тележек, в то время как количество крайних тележек остается равно двум. Таким образом, выполняется соотношение n=m+1.
При формировании грузового состава вагон сцепляют с любым другим грузовым вагоном - как вагоном сочлененного типа, так и с традиционным вагоном (не сочлененного типа) или локомотивом посредством любого подходящего сцепного устройства, которым оборудована консольная часть каждой крайней секции вагона, например посредством автоматического сцепного устройства 5.
Для специалиста в данной области техники очевидны и другие варианты выполнения предложенной полезной модели. Однако, исчерпывающее перечисление всех возможных вариантов реализации предложенной модели не представляется возможным. В частности, любые части, раскрытые в настоящем описании, возможно заменить эквивалентными частями без выхода за рамки настоящей полезной модели.