Железнодорожный вагон-платформа
RAILWAY FLATCAR

Заявляемое изобретение относится к железнодорожному транспорту и касается конструкций грузовых вагонов-платформ.
Известна конструкция вагона-платформы для перевозки большегрузных контейнеров модели 13-470 [«Вагоны» авторы И.Ф. Пастухов, В.В. Лукин, Н.И. Жуков, М.: Транспорт, 1988, 280 с]. Рама платформы имеет хребтовую, две концевые, две шкворневые, три основные и две дополнительные поперечные балки и четыре раскоса. Хребтовая балка выполнена из двух двутавров №60, переменной по длине высоты, перекрытых сверху листом (400×12 мм) на протяжении всей балки, а нижние горизонтальные полки в средней части на длине 7 м усилены полосами (150×14 мм). В местах пересечения со шкворневыми и поперечными балками двутавры хребтовой балки соединены диафрагмами, а в консольных частях усилены задним и передним упорами автосцепки. В средней части к хребтовой балке приварены кронштейны для крепления деталей тормозного оборудования. Боковые балки выполнены из двутавра №60 также переменной высоты по длине. Нижние полки двутавров №60, как и у хребтовой балки, усилены в средней части полосами 150×14 мм. Между боковой и хребтовой балками приварена балка для крепления штурвала стояночного тормоза вагона. Концевые балки сварные П-образного сечения и имеют постоянную высоту подлине. В середине к концевым балкам прикреплены ударные розетки автосцепки, объединенные с передними упорами. Для крепления типовых большегрузных контейнеров платформа оборудована десятью поворотными и четырьмя угловыми неподвижными упорами, которые удерживают контейнеры за нижние угловые фитинги от продольных и поперечных смещений.
Недостатком указанной конструкции является отсутствие усилений в местах установки фитинговых упоров, что способствует в процессе эксплуатации возникновению в конструкции рамы усталостных трещин и изломов. Также конструкция рамы не позволяет устанавливать на вагон-платформу контейнеры с повышенной грузоподъемностью 36 тонн.
Также известна конструкция вагона-платформы модели 13 - 2114 производитель Алтайвагон, содержащая кузов, две ходовые тележки, два автосцепных устройства с поглощающими аппаратами, автотормозное оборудование. Кузов состоит из рамы, содержащей содержащая хребтовую балку, боковые балки, концевые балки, поперечные балки и продольные балки на всю длину вагона, а также плиты под фитинговые упоры.
Недостаток вышеуказанной конструкции заключается в том, что в конструкции опорных плит под упоры в средней части вагона отсутствуют дополнительные усиления в виде пластин (верхних листов), являющихся продолжением опорной плиты под фитинговые упоры, что в свою очередь, увеличило бы прочность средней части вагона.
Данная конструкция выбрана в качестве прототипа для заявляемого изобретения.
Задачей заявляемого изобретения является создание конструкции железнодорожного вагона-платформы, обеспечивающей повышение прочности и долговечности конструкции рамы в средней части, в месте установки фитинговых упоров и, как следствие, увеличение срока службы вагона.
Поставленная задача решается путём того, что на раме между поперечными промежуточными балками, в районе установки опорных плит под фитинговые упоры, установлены продольные промежуточные балки, при этом, на верхних полках каждой продольной боковой балки и каждой продольной промежуточной балки жестко закреплены пластины, установленные встык по обе стороны от опорной плиты под фитинговые упоры и расположенные параллельно оси хребтовой балки.
Сущность изобретения заключается в том, что железнодорожный вагон-платформа, содержит ходовые тележки, автосцепные устройства, тормозное оборудование и раму, которая включает хребтовую балку, поперечные промежуточные балки, шкворневые балки, концевые балки, две боковые продольные балки, опорные плиты под фитинговые упоры, в месте с этим, на раме между поперечными промежуточными балками, в районе установки опорных плит под фитинговые упоры, установлены продольные промежуточные балки, при этом, на верхних полках  каждой продольной боковой балки и каждой продольной промежуточной балки жестко закреплены пластины, установленные встык по обе стороны от опорной плиты под фитинговые упоры и расположенные параллельно оси хребтовой балки.
Толщина пластины составляет диапазон от 0,4s до 1,2s мм толщины s опорной плиты под фитинговые упоры.
Длина пластины составляет диапазон от 30s до 160s мм толщины s опорной плиты под фитинговые упоры.
Ширина пластины составляет диапазон от 14s до 30s мм толщины s опорной плиты под фитинговые упоры.
Продольные промежуточные балки выполнены в виде коробчатого сечения.
Продольные промежуточные балки выполнены в виде швеллерообразного сечения.
Продольные промежуточные балки выполнены в виде двутаврового сечения.
Торцевые кромки пластин, направленные в сторону шкворневой балки, выполнены по прямой.
Торцевые кромки пластин, направленные в сторону шкворневой балки, выполнены по дуге.
Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами:
Фиг. 1 - Вагон-платформа;
Фиг. 2 - Рама вагона-платформы (вид снизу);
Фиг. 3 - Рама вагона-платформы (разрез А-А);
Фиг. 4 - Поля распределения эквивалентных напряжений в элементах настила пола по I расчетному режиму;
Фиг. 5 - Поля распределения эквивалентных напряжений в элементах настила пола по III расчетному режиму.
Железнодорожный вагон-платформа, содержит ходовые тележки 1, автосцепные устройства 2, тормозное оборудование 3 и раму 4. Рама 4  включает хребтовую балку 5, поперечные промежуточные балки 6, шкворневые балки 7, концевые балки 8, две продольные боковые балки 9, опорные плиты 10 под фитинговые упоры. На раме 4 между поперечными промежуточными балками 6, в районе установки опорных плит 10 под фитинговые упоры, установлены продольные промежуточные балки 11. На верхних полках 9.1 и 11.1 каждой продольной боковой балки 9 и каждой продольной промежуточной балки 11 жестко закреплены пластины 12. Пластины 12 установлены встык по обе стороны от опорной плиты 10 под фитинговые упоры и расположены параллельно оси 13 хребтовой балки 5.
Толщина D пластины 12 составляет диапазон от 0,4s до 1,2s мм от толщины s опорной плиты 10 под фитинговые упоры.
Длина L пластины 12 составляет диапазон от 30s до 160s мм от толщины s опорной плиты 10 под фитинговые упоры.
Ширина В пластины 12 составляет диапазон от 14s до 30s мм от толщины s опорной плиты 10 под фитинговые упоры.
Продольные промежуточные балки выполнены в виде коробчатого сечения.
Продольные промежуточные балки 11 выполнены в виде швеллерообразного сечения.
Продольные промежуточные балки 11 выполнены в виде двутаврового сечения.
Торцевые кромки 12.1 пластин 12, направленные в сторону шкворневой балки 7, выполнены по прямой.
Торцевые кромки 12.1 пластин 12, направленные в сторону шкворневой балки 7, выполнены по дуге.
Для определения запаса прочности в указанных пластинах вагона-платформы, рассматриваются результаты расчета от суммарной ударной нагрузки по I и III расчетным режимам согласно «Норм для расчета и проектирования вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных)» и ГОСТ 33211-2014 «Вагоны грузовые. Требования к прочности и динамическим качествам», как наиболее определяющими для оценки прочности вагона. Оценка напряженного состояния корпуса производилась на основе метода конечных элементов (МКЭ) в конечно-элементном пакете ANSYS Workbench 18.2.
По результатам расчета по I режиму максимальные напряжения в листах пола составляют 322,99 МПа. Допускаемые напряжения для стали марки 09Г2С 345 класса прочности при ударных нагрузках по I режиму составляют 345 МПа. Запас прочности для настила пола при максимальных нагрузках по I режиму составляет 6,37%.
По результатам расчета по III режиму максимальные напряжения в листах пола составляют 213,32 МПа. Допускаемые напряжения для стали марки 09Г2С 345 класса прочности при ударных нагрузках по III режиму составляют 220 МПа. Запас прочности для настила пола при максимальных нагрузках по III режиму составляет 3,12%.
Технический результат от заявляемого изобретения заключается в том, что установка продольных промежуточных балок на раме между поперечными промежуточными балками, в районе установки опорных плит под фитинговые упоры и при этом, на верхних полках каждой продольной боковой балки и каждой продольной промежуточной балки жесткое закрепление пластин, установленных встык по обе стороны от опорной плиты под фитинговые упоры и расположение их параллельно оси хребтовой балки позволяет объединить в единую конструкцию продольную боковую балку и продольную промежуточную балку, что в свою очередь повышает жесткость рамы в центральной ее части, тем самым обеспечивая повышение прочности и долговечности конструкции вагона-платформы, увеличение срок службы и снижение материальные затраты на ремонт вагонов. При этом жесткое закрепление пластин таким образом, что они являются продолжением опорных плит под фитинговые упоры, позволяет более равномерно распределить напряжения, передаваемые от груза на элементы рамы вагона-платформы.
Выполнение пластин толщиной в диапазоне от 0,4s до 1,2s мм позволяет обеспечить необходимую прочность конструкции и при этом произвести беспрепятственную установку контейнера на вагон-платформу.
Выполнение пластин длиной в диапазоне от 30s до 160s мм и шириной в диапазон от 14s до 30s мм от толщины s опорной плиты под фитинговые упоры обеспечивает возможность изготовления пластин составными из нескольких частей, что обеспечивает технологичность сборки и снижает расход материала.
Выполнение продольных промежуточных балок в виде коробчатого, швеллерообразного или двутаврового сечения обеспечивает повышение прочности центральной части рамы вагона-платформы в местах установки опорных плит под фитинговые упоры.
Выполнение торцевых кромок пластин, направленных в сторону шкворневой балки, по прямой обеспечивает технологичность изготовления конструкции.
Выполнение торцевых кромок пластин, направленных в сторону шкворневой балки, по дуге обеспечивает плавный переход и позволяет более равномерно распределить напряжения, передаваемые от груза на элементы рамы вагона-платформы.
В настоящее время на заявляемое изобретение разработана конструкторская документация и ведутся всесторонние испытания опытных образцов.