ВАГОН-ПЛАТФОРМА ДЛЯ ПЕРЕВОЗКИ ЛИСТОВОГО ПРОКАТА В РУЛОНАХ

Полезная модель относится к железнодорожному подвижному составу и касается грузовых вагонов, предназначенных для перевозки листового проката в рулонах диаметром от 860 мм до 2400 мм, массой от 5 т до 30 т.
Известен вагон для перевозки стали в рулонах или навалочных грузов [1], содержащий сварную раму со сцепным и тормозным оборудованием, установленную на ходовые тележки и закрепленный на раме кузов, образованный двумя боковыми и двумя торцевыми стенами с настилом пола, при этом в кузове выполнены ложементы для рулонов в виде сварной конструкции, состоящей из двух наклонных в противоположные стороны листов, расположенных в контакте с настилом пола и соединенных друг с другом в верхней части. Предполагается, что после выгрузки рулонов стали, в вагон может быть погружен любой сыпучий груз, разгрузка которого возможна на вагоноопрокидывателе.
Недостатком такой конструкции является низкая грузоподъемность при сравнительно высокой металлоемкости, вызванной наличием боковых и торцевых стен кузова. Предполагаемые преимущества такого вагона (возможность перевозки сыпучих грузов) не компенсируют потери, вызванные повышенной тарой и затруднениями с очисткой кузова после разгрузки сыпучих грузов.
Известны также железнодорожные платформы для перевозки листовой стали в рулонах с размещением рулонов вдоль вагона [2], [3]. Платформы состоят из рамы, установленной на две ходовые тележки типовой конструкции, включающей в себя хребтовую, две боковые, поперечные, шкворневые, концевые и промежуточные балки. Верхняя плоскость рамы покрыта сплошным листом, на котором размещаются две средние подвижные (каждая состоит из двух частей в длину) и две крайние неподвижные опоры. Подвижные опоры выполнены в поперечном сечении в виде неравносторонних треугольных призм. Для ограничения продольного и поперечного перемещения подвижных опор, на полу рамы закреплены упоры в форме призм, которые и выполняют функцию направляющих. Для удержания рулонов стали от продольного перемещения от действия продольных сил в процессе движения вагона, предусмотрены поперечные балки, которые фиксируются штырями на продольных опорах.
Недостатком такой платформы является установка рулонов стали вдоль продольной оси. В таком положении для удержания рулонов от перемещения по направлению действия продольных сил, возникающих в процессе эксплуатации, требуются достаточно металлоемкие поперечные балки, что приводит к необоснованному увеличению тары вагона. Также возникает необходимость подбора рулонов стали по диаметру и длине, кратных длине погрузочной поверхности платформы.
В качестве прототипа выбран вагон-платформа для рулонов стального листового проката [4]. Он представляющий собой установленную на две ходовые тележки раму, состоящую из хребтовой, двух боковых, шкворневых и поперечных балок, имеющий типовое автосцепное и тормозное оборудование. Сверху на раме установлено шесть поперечных опор, четыре из которых жестко соединены с рамой, а две - подвижные. Наличие подвижных опор позволяет расширить номенклатуру перевозимых рулонов в диапазоне от 800 мм до 2100 мм по диаметру.
Недостатком этой конструкции является низкая грузоподъемность при сравнительно высокой металлоемкости, вызванной конструктивными особенностями построения основных несущих элементов. Конструктивное исполнение поперечных опор не позволяет, даже при наличии двух подвижных опор, осуществить перевозку всей номенклатуры изготавливаемого металлургической промышленностью листового проката в рулонах (по диаметру - от 860 мм до 2400 мм, массой от 5 т до 30 т).
Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что для снижения тары и; соответственно, увеличения грузоподъемности, а также обеспечения перевозки всей номенклатуры изготавливаемого металлургической промышленностью листового проката в рулонах, рама платформы выполнена из хребтовой балки переменной по длине высоты из горячекатаного двутаврового профиля, а боковые балки - из горячекатаного двутаврового профиля равной высоты по всей длине. Поперечные элементы рамы имеют сварную конструкцию из листового проката и расположены таким образом, что бы обеспечить необходимую жесткость рамы в местах опоры на нее как жестко соединенных с нею поперечных опор, так и подвижных поперечных опор. Концевые балки - открытого к середине вагона профиля. Шкворневые балки - коробчатого сечения с несимметрично расположенным относительно поперечной оси по шкворню вагона нижним листом. Такая конструкция нижнего листа шкворневой балки совместно с накладкой обеспечивает достаточную прочность наиболее нагруженных элементов вагона в зоне шкворневого узла. Средняя, первые и третьи (от нее) поперечные балки имеют П-образную форму, а вторая поперечная имеет Т-образную форму. Расстояния вдоль вагона между поперечными балками и конструкция поперечных опор выбраны таким образом, чтобы при установке подвижных поперечных опор в разные фиксированные положения для обеспечения погрузки и перевозки всей номенклатуры изготавливаемого металлургической промышленностью листового проката в рулонах, обеспечивалась достаточная прочность и жесткость рамы. Рама с поперечными опорами оснащается двумя двухосными тележками, автосцепным и тормозным оборудованием типовой конструкции.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является совершенствование конструкции вагона-платформы предназначенного для перевозки листового проката в рулонах диаметром от 800 мм до 2400 мм, массой от 5 т до 30 т.
Поставленная задача решается следующим образом. Общеизвестно, что, при соударении вагонов при маневрах и на сортировочных горках, экстренных торможениях; рывках и осаживании, на груз кратковременно (приблизительно 0,3 с. [5]) действует импульс продольной силы инерции равный произведению массы груза на нормированную величину продольного ускорения. Для безопасной перевозки рулонов листового проката, в том числе диаметром 2400 мм массой 30 т, необходимо обеспечить, наряду с достаточной прочностью рамы вагона, надежное удержание груза цилиндрической формы в поперечных опорах. Прочность обеспечивается описанной выше конструкцией рамы в целом и конструкцией шкворневой балки в наиболее нагруженной зоне. Надежное удержание груза цилиндрической формы в поперечных опорах при действии импульса продольных инерционных сил обеспечивается формой контактных с рулонами поверхностей. В зоне контакта с рулонами различного диаметра и массы, поверхность опор представляет собой плоскость, наклоненную под заданным углом к горизонтали. Цилиндрические рулоны под действием продольной составляющей импульса продольных инерционных сил прижимаются к одной из поверхностей поперечных опор, а под воздействием момента импульса инерционных сил, обусловленного эксцентриситетом между высотой приложения к центру тяжести импульса продольной инерционной силы и высотой полосы опирания цилиндра на: плоскость поперечной опоры; совершают вращательное движение. Расчеты показывают, что в зависимости от величины коэффициента потери сцепления [6], определяемым состоянием трибосистемы качения: состоящей из многих элементов, при нормальных условиях эксплуатации, цилиндр (рулон листового проката) или покоится, не касаясь противоположной поверхности поперечной опоры, или «пробуксовывает», оставаясь в первоначальном положении. В случае возникновения нештатной ситуации в процессе эксплуатации вагона, правомочно допустить, что цилиндр катится вверх по наклонной поверхности опоры. Для предотвращения выкатывания рулона из поперечной опоры при возникновении нештатного импульса продольной инерционной силы и непрогнозируемого, для этого случая, коэффициента потери сцепления, опорная поверхность поперечной опоры заканчивается вертикально расположенной площадкой, достаточной для удержания рулона высоты. Общая высота поперечной опоры определяется исходя из рекомендаций действующих нормативных документов [7].
Таким образом, заявляемая полезная модель обеспечивает безопасную транспортировку всей номенклатуры изготавливаемого металлургической промышленностью листового проката в рулонах.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами, где изображены:
на фиг.1 - общий вид вагона- платформы для перевозки листового проката в рулонах;
на фиг.2 - рама в изометрии с эскизами поперечных сечений всех элементов;
на фиг.3 - вид шкворневой балки снизу;
на фиг.4 - ломаный разрез вагона-платформы (в изометрии).
Заявляемый вагон - платформа для перевозки листового проката в рулонах содержит раму 1, крайние 2 и средние 3 стационарно установленные поперечные опоры, подвижные 4 поперечные опоры, типовые двухосные тележки 5, автосцепное устройство 6 и тормозное оборудование со стояночным тормозом 7.
Рама 1 содержит хребтовую балку 8, шкворневые балки 9, среднюю поперечную балку 10, первые 11, вторые 12 и третьи 13 поперечные балки, концевые балки 14 и боковые продольные балки 15.
Хребтовая балка 8 образована двумя двутавровыми профилями 16. На участке между третьими поперечными балками 13 и концевыми балками 14 двутавровые профили 17 имеют уменьшенный (по сравнению с центральной частью) по высоте размер.
Боковые балки 15 - из горячекатаного двутаврового профиля 18 равной высоты по всей длине.
Поперечные элементы рамы имеют сварную конструкцию из листового проката. Концевые балки 14 - открытого к середине вагона профиля.
Шкворневые балки 9 - коробчатого сечения с несимметрично расположенным относительно поперечной оси по шкворню вагона нижним листом 19. Обращенная к середине вагона сторона листа имеет трапециеобразную форму 20 и содержит по продольной оси симметрии вагона вырез. К нижнему листу шкворневой балки 19 (20) (со стороны середины вагона) и хребтовой балке 8 жестко присоединена накладка 22. Наружные очертания накладки 22 имеют форму половины эллипса, левая часть которого отсечена по его малой оси. В накладке 22 осуществлены два эллипсообразных выреза 23 и 24, расположенных симметрично относительно продольной оси вагона.
Средняя 10, первые 11 и третьи 13 (от нее) поперечные балки имеют П-образную форму, а вторая поперечная 12 имеет Т-образную форму.
Расстояния вдоль вагона между поперечными балками 11, 12 и 13 в промежутке между шкворневой 9 и средней 10 балками выбраны таким образом, чтобы обеспечивалась достаточная прочность вагона при установке поперечных подвижных опор 4 в разные положения, обеспечивающие погрузку и перевозку всей номенклатуры изготавливаемого металлургической промышленностью листового проката в рулонах.
Установленные на раме четыре жестко соединенные с нею поперечные опоры 2 и 3 и две подвижные поперечные опоры 4 имеют в поперечном сечении треугольную форму и представляют собою сварные конструкции, поверхности 26 которых наклонены навстречу друг другу на заданный угол γ к горизонту и в верхней части заканчиваются вертикально расположенной площадкой 27, достаточной для удержания рулона высоты. Поперечные опоры 2 и 3 соединены с хребтовой балкой диафрагмами 28 и с боковыми балками вертикальными листами 29. Необходимую жесткость поверхностям 26 придают вваренные между ними диафрагмы 30. В нижней части листы поверхностей 26 жестко соединены с горизонтальными листами поперечных балок 9, 10, 11, 12, 13 и 14 (соответственно). Подвижные поперечные опоры 4 имеют аналогичную конструкцию, однако, с хребтовой и поперечными балками жестко не соединены, а в вертикальных листах 29 выполнены несимметрично относительно вертикальной оси симметрии опор овальные отверстия, армированные в верхней части усиливающими накладками, предназначенные для захватов грузоподъемных устройств при перестановке поперечных подвижных опор. Каждая опора оснащена двумя штырями 33, расположенными симметрично относительно продольной оси вагона в концевых частях опоры.
Каждый штырь 33 входит в ответное отверстие кронштейна 34, установленного жестко в заданных местах на боковых балках 15 рамы, и надежно фиксирует поперечные подвижные опоры как в продольном, так и поперечном направлениях.
Рама с поперечными опорами оснащается двумя двухосными тележками 5; автосцепным 6 и тормозным 7 оборудованием типовой конструкции.
Технический результат предлагаемой полезной модели выражается в рациональном проектировании, в том числе, применении в конструкции подвижных поперечных опор вертикально расположенных площадок, позволяющих гарантированное удержание в процессе транспортировки всей номенклатуры изготавливаемого металлургической промышленностью листового проката в рулонах без дополнительного крепежа. Придание нижнему листу шкворневой балки и, соединенной с нею накладке, специальной формы: благодаря чему обеспечивается необходимая прочность наиболее нагруженных элементов и приводит к уменьшению металлоемкости. Повышается грузоподъемность вагона-платформы до 71 тонн, снижаются напряжения в опасных сечениях конструкции, а значит; увеличивается срок службы платформы. Снижается время погрузки-выгрузки листового проката в рулонах и обеспечивается удобство работы персонала при обслуживании и ремонте.
Источники информации
1. Патент RU №57693 U1. Вагон для перевозки стали в рулонах или навалочных грузов.
2. Патент UA №19522 U. Вагон-платформа для листовой стали в рулонах.
3. Патент US 6,363,864 В1. Легкий вагон для перевозки рулонной стали.
4. Патент UA 8657 U. Вагон-платформа для рулонов стального листового проката.
5. Нормы для расчета и проектирования вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных). ГосНИИВ-ВНИИЖТ. Москва, 1996 г.
6. Марков Д.П. Коэффициенты трения и сцепления при взаимодействии колес с рельсами // Вестник ВНИИЖТ. 2004. №. С.32…38.
7. Технические условия размещения и крепления грузов в вагонах и контейнерах. - М.: Юридическая фирма «Юртранс», 2003. - 544 с.