Кузов железнодорожного вагона-хоппера
BODY OF RAILWAY HOPPER CAR

Заявляемое изобретение относится к железнодорожному транспорту и касается вагонов-хопперов для перевозки горячих окатышей и агломерата, в частности, конструкций кузова.
Известна конструкция кузова полувагона-хоппера модели 22-471 [И.Ф. Пастухов, В.В. Лукин, Н.И. Жуков «Вагоны», М., Транспорт 1988 г., стр. 183]. Кузов вагона-хоппера содержит раму, две боковые вертикальные, две торцевые стены с углом наклона к плоскости рамы и два бункера с двумя разгрузочными люками. Рама кузова состоит из хребтовой балки, двух концевых, шкворневых и поперечных балок. Хребтовая балка выполнена из двух двутавров, перекрытых сверху и снизу листами. Концевые, шкворневые и поперечные балки сваренные соответственно корытообразного, коробчатого и двутаврового сечений. Каркас боковой и торцевой стен изготовлен из прокатных и гнутых профилей: верхний пояс коробчатого сечения из катаного швеллера и гнутого элемента, нижний пояс и шкворневая стойка выполнена из замкнутого прямоугольного профиля коробчатого сечения. Нижний и верхний пояса соединены между собой двенадцатью стойками. Промежуточные стойки выполнены из катаного швеллера. Каркас торцевой стены сварен из катанных швеллеров. Обшивка стен представляет собой набор панелей из гнутого профиля, которые не имеют жесткого соединения с каркасом, что обеспечивает их подвижность при температурных расширениях. Крышки разгрузочных люков бункеров открываются и закрываются при помощи специального механизма разгрузки, который расположен под бункерами и представляет собой систему рычагов, приводимых в действие от пневматического цилиндра с дистанционным управлением.
Данная конструкция выбрана в качестве прототипа для заявляемого изобретения.
Недостатком данной конструкции является то, что в конструкции кузова использовано большое количество горячекатаных профилей. Горячекатаные профиля обладают повышенной прочностью, но при этом профиля обладают повышенной массой, что приводит к увеличению массы тары вагона-хоппера. Также в прототипе на боковых стенах установлено двенадцать стоек, что увеличивает номенклатуру деталей входящих в сборку кузова, а также увеличивает трудоемкость изготовления кузова. Кроме того, обшивка применяемая в стенах кузова, выполнена гофрированной, что ухудшает выгрузку груза из кузова, усложняет сборку обшивки к каркасу стен, увеличивает тару вагона. Применение в качестве обшивки гнутых профилей из тонколистового материала уменьшает срок службы вагона в связи с быстрым износом обшивки.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание конструкции кузова железнодорожного вагона-хоппера, обеспечивающей прочность, надежность, конструкции выдерживающей нагрузки, возникающие в процессе эксплуатации вагона-хоппера в сочетании с уменьшением массы тары вагона и трудозатрат на его изготовление и ремонт.
Поставленная задача в заявляемом изобретении решается за счет того, что нижняя обвязка, верхняя обвязка боковой стены выполнены из гнутых профилей, при этом соединение крайних вертикальных стоек, ближайших к шкворневым балкам рамы, с верхней и нижней обвязкой осуществлено посредством планок, каждая из которых жестко закреплена одной плоской поверхностью с торцом вертикальной стойки, а другой плоской поверхностью с горизонтальной поверхностью обвязки.
Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что кузов железнодорожного вагона-хоппера, содержит раму, включающую хребтовую, шкворневые, концевые, боковые балки, боковые и торцевые стены, разгрузочные бункера с крышками, продольный конек, механизм разгрузки, при этом боковые стены выполнены из вертикальных стоек, листов угловой стойки, верхней и нижней обвязок замкнутого сечения, раскосов, обшивки, торцевые стены выполнены из обшивки, верхней обвязки замкнутого сечения, вертикальных и угловых стоек, горизонтальных поясов, раскосов, упирающихся в горизонтальные пояса торцевой стены и в раму кузова, при этом нижняя обвязка, верхняя обвязка боковой стены выполнены из гнутых профилей, при этом соединение крайних вертикальных стоек, ближайших к шкворневым балкам рамы, с верхней обвязкой и нижней обвязкой осуществлено посредством планок, каждая из которых жестко закреплена одной плоской поверхностью с торцом вертикальной стойки, а другой плоской поверхностью с горизонтальной поверхностью обвязки.
Возможно исполнение всех вертикальных стоек боковой стены из гнутых профилей; средние вертикальные стойки боковой стены соединяются с верхней и нижней обвязкой посредством планок, жестко закрепленных на торцах средних вертикальных стоек боковой стены; крайние раскосы боковой стены выполнены из гнутых профилей, а средние раскосы боковой стены из катанного профиля.
Вместе с этим, верхняя обвязка боковой стены выполнена из двух гнутых швеллеров, жестко соединенных между собой полками, образуя замкнутый профиль прямоугольного сечения, при этом на верхнюю поверхность прямоугольного профиля, в средней его части, жестко закреплен полками гнутый уголок, образуя дополнительно в средней части верхней обвязки второй замкнутый профиль треугольного сечения, также, торцы прямоугольного профиля заглушены. К торцу треугольного профиля верхней обвязки боковой стены и к торцу верхнего угла верхней обвязки торцевой стены, выступающего за прямоугольный профиль верхней обвязки боковой стены, установлена угловая накладка, к которой с другой стороны установлена призма.
В боковой стене на крайних частях вертикально установлена полустойка, жестко соединенная одним концом с листом угловой стойки, а другим - с нижней поверхностью верхней обвязки. На боковой стене между вертикальными стойками выполнен козырек.
Торцевая стена наклонена к горизонтали на 45°±3°. На ней установлены три стойки и три горизонтальных пояса, при этом каждый горизонтальный пояс опирается на два раскоса, установленные симметрично относительно продольной оси кузова вагона-хоппера.
Обшивка боковых стен выполнена гладкой и уложена внахлест верхними листами на нижние листы, при этом обшивка имеет продолговатые вырезы, которыми она вступает в зацепление с продолговатыми шипами, выполненными на вертикальных стойках каркасов боковой стены, вместе с этим, обшивка зафиксирована на каркасах боковых стен посредством планок и уголков. Обшивка торцевых стен выполнена из четырех гладких листов при этом панели закреплены посредством накладок, имеющими отверстия и фиксирующихся к вертикальным стойках торцевых стен посредством винтов.
Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами:
Фиг. 1 - Кузов железнодорожного вагона-хоппера;
Фиг. 2 - Кузов железнодорожного вагона-хоппера, вид Г;
Фиг. 3-Кузов железнодорожного вагона-хоппера, выносной элемент А;
Фиг. 4 - Кузов железнодорожного вагона-хоппера, разрез Б-Б;
Фиг. 5 - Кузов железнодорожного вагона-хоппера, выносной элемент В;
Фиг. 6 - Кузов железнодорожного вагона-хоппера, выносной элемент Д;
Фиг. 7 - Кузов железнодорожного вагона-хоппера, разрез Е-Е.
Кузов железнодорожного вагона-хоппера содержит раму 1, включающую хребтовую 2, шкворневые 3, концевые 4, боковые 5 балки, на которой установлен каркас 6. Также кузов состоит из боковых 7 и торцевых 8 стен, разгрузочных бункеров 9 с крышками 10, продольного конька 11, механизма разгрузки 12. Боковые стены 7 выполнены из вертикальных стоек 13, листов угловой стойки 14, верхней 15 и нижней 16 обвязок замкнутого сечения, раскосов 17, обшивки 18. Торцевые стены 8 выполнены из обшивки 19, верхней обвязки 20 замкнутого сечения, вертикальных 21 и угловых стоек 22, горизонтальных поясов 23, раскосов 24, упирающихся в горизонтальные пояса 23 торцевой стены 8 и в раму 1 кузова. При этом, нижняя обвязка 16, верхняя обвязка 15 боковой стены 7 выполнены из гнутых профилей. Соединение крайних вертикальных стоек 13, ближайших к шкворневым балкам 3 рамы 1, с верхней обвязкой 15 и нижней обвязкой 16 осуществлено посредством планок 25, каждая из которых жестко закреплена одной плоской поверхностью с торцом вертикальной стойки 13, а другой плоской поверхностью с горизонтальной поверхностью обвязки 15 или 16.
Возможно исполнение всех вертикальных стоек 13 боковой стены 7 из гнутых профилей, при этом все средние вертикальные стойки 12 боковой стены 7 соединяются с верхней обвязкой 15 и нижней обвязкой 16 посредством планок 25, жестко закрепленных на торцах средних вертикальных стоек 13 боковой стены 7. Кроме того, крайние раскосы 17 боковой стены 7 выполнены из гнутых профилей, а средние раскосы 26 боковой стены 7 выполнены из катанного профиля.
Верхняя обвязка 15 боковой стены 7 выполнена из двух гнутых швеллеров, жестко соединенных между собой полками 27 и 28, образуя замкнутый профиль 29 прямоугольного сечения, при этом на верхнюю поверхность 30 прямоугольного профиля, в средней его части, жестко закреплен полками 31 гнутый уголок 32, образуя дополнительно в средней части верхней обвязки 15 второй замкнутый профиль треугольного сечения. Торцы 33 прямоугольного профиля заглушены. К торцу 34 треугольного профиля верхней обвязки 15 боковой стены 7 и к торцу 35 верхнего угла верхней обвязки 20 торцевой стены 8, выступающего за прямоугольный профиль верхней обвязки 15 боковой стены 7, установлена угловая накладка 36, к которой с другой стороны установлена призма 37.
В боковой стене 7 на крайних частях вертикально установлена полустойка 38, жестко соединенная одним концом с листом угловой стойки 14, а другим - с нижней поверхностью 39 верхней обвязки 15. На боковой стене 7 между вертикальными стойками 13 выполнен козырек 40.
Торцевая стена 8 наклонена к горизонтали на 45°±3°. На ней установлены три стойки 21 и три горизонтальных пояса 23, при этом каждый горизонтальный пояс 23 опирается на два раскоса 24, установленные симметрично относительно продольной оси кузова вагона-хоппера.
Обшивка 18 боковых стен 7 выполнена гладкой и уложена внахлест верхними листами на нижние листы. Обшивка 18 имеет продолговатые вырезы 41, которыми она вступает в зацепление с продолговатыми шипами 42, выполненными на вертикальных стойках 13 каркасов боковой стены 7. Обшивка 18 зафиксирована на каркасах боковых стен 7 посредством планок 43 и уголков 44.
Обшивка 19 торцевых стен 8 выполнена из четырех гладких листов 45, при этом листы 45 обшивки 19 закреплены посредством накладок 46, имеющих отверстия 47 и фиксирующихся к вертикальным стойках 21 торцевых стен 8, посредством винтов 48.
Технический результат от заявляемого изобретения, заключается в том, что выполнение нижней обвязки, верхней обвязки боковой стены из гнутых профилей, и соединение крайних вертикальных стоек, ближайших к шкворневым балкам рамы, с верхней обвязкой и нижней обвязкой посредством планок, каждая из которых жестко закреплена одной плоской поверхностью с торцом вертикальной стойки, а другой плоской поверхностью с горизонтальной поверхностью обвязки., обеспечивает прочность, надежность, конструкции выдерживающей нагрузки, возникающие в процессе эксплуатации вагона-хоппера в сочетании с уменьшением массы тары вагона. Использование в конструкции вагона-хоппера гнутых профилей в несущих элементах кузова вагона-хоппера приводит к уменьшению массы кузова по сравнению, с применением горячекатаных профилей. Вместе с этим, для создания прочных, надежных жестких соединений между несущеми гнутыми профилями боковой стены, применены планки, позволяющие увеличить длины сварных швов в соединении гнутых профилей. Жесткие соединения между гнутыми профилями боковой стены обеспечивают прочность и надежность конструкции в процессе эксплуатации вагона хоппера, что важно для элементов конструкции соединенных вблизи шкворневой балки, которая воспринимает нагрузки от пятника и боковых опор.
При изготовлении в кузове железнодорожного вагона-хоппера всех вертикальных стоек боковой стены из гнутых профилей, обеспечивает дополнительно уменьшение массы тары.
Соединение средних вертикальных стоек боковой стены с верхней и нижней обвязкой посредством планок, жестко закрепленных на торцах средних вертикальных стоек боковой стены, позволяет повысить прочность и надежность соединений несущих элементов конструкции кузова в средней части боковой стены.
Выполнение крайних раскосов боковой стены из гнутых профилей, а средние раскосы боковой стены из катанного профиля, позволяет дополнительно уменьшить массу тары вагона и при этом в критическом элементе кузова обеспечить прочность конструкции.
Выполнение верхней обвязки боковой стены из двух гнутых швеллеров, жестко соединенных между собой полками, образующих замкнутый профиль прямоугольного сечение, на верхнюю поверхность, которого (прямоугольного профиля) в средней его части, жестко закреплен полками гнутый уголок, образуя дополнительно в средней части верхней обвязки второй замкнутый профиль треугольного сечения, вместе с этим торцы прямоугольного профиля заглушены, обеспечивает создание прочной и надежной конструкции верхней обвязки боковой стены, которая также позволяет исключить скапливание груза, при загрузке кузова, на верхней обвязке боковой стены.
Установка в боковой стене на крайних частях вертикальной полустойки, жестко соединенная одним концом с листом угловой стойки, а другим с нижней поверхностью верхней обвязки, обеспечивает необходимую прочность в консольной части боковой стены.
Наклон торцевой стены в кузове вагона-хоппера к горизонтали на 45°±3°, обеспечивает лучшее высыпание груза из кузова вагона - хоппера, через нижние бункера.
Установка на торцевой стене трех стоек и трех горизонтальных поясов, при этом каждый горизонтальный пояс опирается на два раскоса, установленные симметрично относительно продольной оси кузова вагона-хоппера, обеспечивает прочность торцевой стены при воздействии на нее эксплуатационных нагрузок.
Выполнение обшивки боковых стен гладкой, которая уложена внахлест верхними листами на нижние листы, при этом обшивка имеет продолговатые вырезы, которыми она вступает в зацепление с продолговатыми шипами, выполненными на вертикальных стойках боковых стен, вместе с этим, обшивка зафиксирована на стойках боковых стен посредством планок и уголков, позволяет обеспечить высыпание груза из кузова вагона-хоппера. Также в связи, с тем что груз имеет повышенную температуру загрузки, более 100°С, и элементы конструкции кузова могут под воздействием температуры изменять свою конфигурацию, конструкцией боковой стены обеспечивается не жесткое соединение листов обшивки с несущими элементами конструкции боковой стены, что позволяет повысить надежность кузова и исключить различные трещины в соединениях кузова вызванные температурным перепадом.
Выполнение обшивки торцевых стен из четырех гладких листов, при этом листы обшивки закреплены посредством накладок, имеющими отверстия и фиксирующихся к вертикальным стойках торцевых стен, посредством винтов, позволяет обеспечить высыпание груза из кузова вагона-хоппера и повысить надежность конструкции кузова.
Установка к торцу треугольного профиля верхней обвязки боковой стены и к торцу верхнего угла верхней обвязки торцевой стены, выступающего за прямоугольный профиль верхней обвязки боковой стены, угловой накладки, к которой с другой стороны установлена призма, позволяет закрыть торцевые проемы верхних обвязок, обеспечить прочность соединения верхних обвязок, а также уменьшить площадку на верхней поверхности и тем самым уменьшить количество скапливаемого груза.
Выполнение на боковой стене между вертикальными стойками козырька, позволяет уменьшить количество груза, просыпанного при погрузки, и попавшего в крышки люков закрывающие люки бункеров, тем самым уменьшить вес груженного вагона.
В настоящее время на заявляемое техническое решение разработана конструкторская документация и проводятся всесторонние испытания опытных образцов.