ВАГОН-ХОППЕР ОТКРЫТЫЙ ДЛЯ ПЕРЕВОЗКИ СЫПУЧИХ ГРУЗОВ

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, в частности к вагонам для перевозки угля, железной руды, балласта и других сыпучих грузов, не требующих защиты от атмосферных осадков.
Общим для всех известных конструкций открытых вагонов-хопперов является наличие ходовой части с рамой, на которой установлен кузов бункерного типа с нижними разгрузочными люками и механизмами открывания и закрывания крышек разгрузочных люков (патенты RU 93762 U1, 16.02.2010; RU 67942 U1, 18.06.2007; RU 2093394 C1, 23.10.1991 и др.). Механизмы разгрузки имеют как ручной (патент RU 2192361 С2, 04.08.2000), так и пневматический привод. Силовые цилиндры пневматического привода механизма открывания и закрывания крышек разгрузочных люков подвешиваются шарнирно вертикально (патент RU 2093394 C1, 23.10,1991), горизонтально (патент RU 67942 U1, 18.06.2007) или наклонно в плоскости крышек разгрузочных люков (AC SU 1576385 А1, 08.06.1988). В большинстве вагонов механизм разгрузки состоит из продольно расположенных вдоль вагона валов, на концах которых смонтированы двуплечие рычаги, шарнирно соединенные посредством криволинейных тяг с крышками разгрузочных люков. Вращение валов обеспечивается через зубчатые передачи (АС 988619, 13.08.1981; SU 1134442, 19.12.1983) или многозвенные дугообразные элементы (SU 1252215 A1, 29.04.1985; SU 1421586 A1, 17.03.1987; UA 81441 C2, 10.01.2008) от силовых цилиндров пневматического привода.
Основным недостатком рассмотренных конструкций является недостаточный объем кузова при перевозке грузов с насыпной плотностью 0,85 и менее тонн на метр кубический. Сложность конструктивного исполнения механизма открывания и закрывания крышек разгрузочных люков и, как следствие, большая трудоемкость их обслуживания в эксплуатации и ремонте.
Наиболее близким техническим решением предложенной полезной модели является железнодорожный вагон с системой регулирования скорости выгрузки (RU 2380251 C2, 25.08.2004), патентообладатель ТРИНИТИ ИНДАСТРИЗ, ИНК. (US).
Вагон-хоппер имеет пару боковых стенок и пару торцевых стенок, установленных на раме вагона, имеющую, в основном, прямоугольную форму, образованную частично хребтовой балкой и парой боковых балок, размещенных на расстоянии друг от друга в боковом направлении. Он снабжен, по меньшей мере, одним бункером, образованным между боковыми стенками и торцевыми стенками. Торцевые стенки могут быть выполнены из одного или нескольких металлических листов одинаковой толщины. Во внутренней части вагона между боковыми стенками и нижними наклонными листами бункеров могут быть размещены внутренние опорные конструкции или внутренние поперечные связи, представляющие собой диагональные раскосы. Нижний конец диагонального раскоса обычно закреплен у нижнего пояса нижнего наклонного листа бункера или к пластинчатому ребру жесткости, установленному на хребтовой балке, а верхний конец может быть прикреплен к боковой стене на расстоянии от верхнего пояса. Вместо внутренних поперечных связей могут использоваться перегородки (конструкция и размеры перегородок патентом не оговорены).
В нижней части бункеров сформированы отверстия (люки) для истечения груза (внутрь рельсовой колеи) с соответствующими крышками, шарнирно подвешенными на кронштейнах в непосредственной близости от верхних участков хребтовой балки. Крышки разгрузочных люков приводятся в действие для перемещения между первым закрытым положением и вторым открытым положением по отношению к разгрузочным люкам. Механизм перемещения крышек разгрузочных люков между первым закрытым положением и вторым открытым положением включает брус, перемещаемый в продольном направлении и соединенный с крышками разгрузочных люков с помощью механической рычажной системы, оборудованной регулировочными муфтами. Продольный брус приводится в возвратно-поступательное движение пневматическим цилиндром двустороннего действия. Кроме этого, приводные механизмы продольного бруса могут включать гидравлические исполнительные механизмы, электрические исполнительные механизмы, ручные исполнительные механизмы, такие как шестеренчатые приводы, и любые иные приемлемые приводные исполнительные механизмы.
Недостатками вагона-прототипа являются: сложность конструктивного исполнения и нетехнологичность изготовления кузова вагона, наличие разгрузочных люков для истечения груза (при разгрузке вагона) внутрь рельсовой колеи (исключает возможность разгрузки на сторону от пути), использование в качестве привода механизма открывания и закрывания крышек разгрузочных люков продольного бруса, совершающего возвратно-поступательное движение и др.
Предлагаемой полезной моделью решается техническая задача по усовершенствованию конструкции вагона-хоппера для перевозки угля и других сыпучих грузов. Обеспечивается уменьшение металлоемкости при сохранении прочности за счет создания цельнонесущего кузова, включающего пространственную раму с несущей хребтовой балкой и внутренние поперечные балки. При этом используются стандартные прокатные и гнутые профили для элементов жесткости и обшивки. За счет этих мероприятий улучшается удобство обслуживания, технологичность изготовления вагона и погрузочно-разгрузочных операций, снижается масса тары, увеличивается грузоподъемность и повышается эксплуатационная надежность.
Для достижения указанного технического результата вагон-хоппер открытый для перевозки сыпучих грузов содержит кузов, установленный на ходовые части. Торцевые стены кузова с подкосами изготовлены из тонколистового проката и подкреплены элементами жесткости. Боковые стены кузова со стойками, выполненными из горячекатаных, гнутых или сварных профилей, имеют обшивку из тонколистового металла и/или профиля с периодически повторяющимися гофрами. Боковые и торцевые стены в своей верхней части имеют обвязку из горячекатаных, гнутых или сварных профилей. Рама кузова имеет хребтовую балку, образующую продольную ось вагона, две лобовые и две шкворневые балки, две поперечные крайние и, по крайней мере, одну среднюю поперечную балку. Во внутренней части вагона между боковыми стенками и средней поперечной балкой могут быть размещены внутренние поперечные связи, представляющие собой диагональные раскосы, которые обычно выполняются из таких конструктивных элементов, как пластины, уголки, стержни, швеллеры, балки, трубы, тросы, канаты, провода или из сочетания различных конструкций или иных конструктивных элементов. Нижний конец каждого диагонального раскоса обычно закреплен на вертикальном листе средней поперечной балки, а верхний конец - может быть прикреплен к верхней обвязке или другому элементу боковой стены.
Бункера с нижними разгрузочными люками и крышками, обеспечивающими, например, разгрузку груза на сторону от пути, оборудованы механизмом открывания и закрывания крышек разгрузочных люков, в состав которого входит пневматический или ручной привод, система рычагов, тяг и валов. Как правило, крышки разгрузочных люков каждой пары бункеров, расположенных с обеих сторон хребтовой балки, шарнирно подвешены через кронштейны к боковой обвязке рамы вагона и перемещаются между первым закрытым положением и вторым открытым положением с помощью вала, оборудованного по концам двуплечими рычагами. Каждый двуплечий рычаг шарнирно соединен с криволинейными тягами, в свою очередь шарнирно соединенными с цапфами крышек разгрузочных люков с помощью наконечников, позволяющих регулировать длину криволинейной тяги. Каждое плечо двуплечего рычага отстоит от другого (вдоль продольного вала) на величину, равную разности длин соответствующих цапф крышек разгрузочных люков. Вал приводится во вращательное движение с помощью жестко соединенного с ним одноплечего рычага, второй конец которого шарнирно соединен с коротким плечом L-образного наконечника штока силового цилиндра двустороннего действия. L-образная форма наконечника обеспечивает близкий к 180° угол поворота продольного вала, чем достигается открытие крышек разгрузочных люков на достаточную для выгрузки груза величину и переход через «мертвую точку» центров шарнирного соединения двуплечих рычагов и криволинейных тяг. Так обеспечивается надежная блокировка крышек разгрузочных люков в первом закрытом положении и обеспечивается сохранность перевозимого груза. Как правило, продольный вал и силовой цилиндр привода механизма открывания и закрывания крышек разгрузочных люков для смежных, вдоль вагона, пар бункеров устанавливаются симметрично с разных сторон хребтовой балки, чем обеспечивается взаимозаменяемость крышек разгрузочных люков, расположенных с разных сторон вагона. Сжатый воздух поступает в соответствующие полости силового цилиндра по пневмомагистрали от независимого (от тормозов) источника. Направление движения крышек разгрузочных люков управляется с помощью кранов, установленных на хребтовой балке за пределами кузова, и приводящихся в движение штангами с обеих сторон вагона.
Предлагаемое техническое решение иллюстрируется чертежами. Где на представленных фигурах изображено:
фиг.1 - общий вид вагона-хоппера открытого для перевозки сыпучих грузов (в двух проекциях);
фиг.2 - ломаный разрез [6] кузова вагона-хоппера (в изометрии);
фиг.3 - механизм открывания и закрывания крышек разгрузочных люков (в изометрии);
фиг.4 - вид на L-образный наконечник штока силового цилиндра и его взаимодействие с продольным валом механизма разгрузки в двух положениях крышек разгрузочных люков:
а) крышки люка закрыты,
б) крышки люка открыты;
фиг.5 - вид снизу вагона на установку двуплечего рычага механизма открывания и закрывания крышек разгрузочных люков.
Кузов 1 вагона-хоппера открытого для перевозки сыпучих грузов устанавливается на серийно выпускаемые двухосные тележки 2 и оборудуется ударно-тяговыми приборами 3, системой автоматического тормоза 4 и стояночным тормозом 5.
Кузов выполнен несущей конструкции и состоит из: пространственной рамы, боковых 6 и торцевых 7 стен, бункеров 8 с разгрузочными люками, крышек разгрузочных люков 9, имеющих цапфы 53 и 54 разной длины, с механизмами их открывания и закрывания 10.
Рама пространственной конструкции состоит из хребтовой 11, лобовых 12, шкворневых 13, крайних промежуточных 14 и, по меньшей мере, одной средней промежуточной 15 балок и боковых обвязок 16. Хребтовая балка в пересечении со шкворневой балкой образует шкворневой узел. В шкворневом узле размещается объединенная отливка надпятниковой коробки с задним упором автосцепки, а косынки 17 и 18 из уголкового профиля, установленные между верхними листами шкворневой балки и хребтовой балкой по направлению к кузову, решают проблему прочности этого узла при действии ударных нагрузок и растягивающих сил при трогании состава. В зоне пересечения хребтовой балки 11 с лобовыми балками 12 размещаются передние упоры автосцепки объединенные с розетками. Боковая обвязка 16 рамы представляет собой стандартный угловой профиль, к которому через кронштейны подвешиваются крышки разгрузочных люков 9. Между бункером и шкворневой балкой боковая обвязка усилена стандартным угловым профилем 19. Поперечные стены 20 бункеров в верхней части имеют отогнутые навстречу друг другу грани 21, которые совместно с вертикальным листом 22 и системой подкрепляющих жесткостей 23 и 24 образуют среднюю промежуточную балку 15 рамы.
Боковые стены кузова имеют обшивку из тонколистового металла 25 и/или профиля с периодически повторяющимися гофрами 26, подкрепленную снаружи кузова стойками 27, предпочтительно, из горячекатаного двутавра. Верхняя обвязка 28 боковых стен выполнена из квадратной трубы.
Торцевые стены 7 кузова изготовлены из тонколистовой стали и подкреплены вертикально расположенными балками 29 из гнутого П-образного профиля. В нижней части торцевые стены являются продолжением отогнутых граней поперечных стенок бункеров, а в верхней части стыкуются с верхней обвязкой 30, изготовленной из квадратной трубы. В зоне перехода бункеров в торцевые стены установлены крайние поперечные балки 14 из гнутых неравнополочных профилей. Торцевые стены кузова подкреплены вертикальными стойками 31 и подкосами 32. Эти подкосы замыкаются на торцевую стену через горизонтально расположенную балку 33 из трубы.
Во внутренней части вагона между боковыми стенками 6 и средней поперечной балкой 15 могут быть размещены внутренние поперечные связи, представляющие собой диагональные раскосы 34, которые обычно выполняются из таких конструктивных элементов, как пластины, уголки, стержни, швеллеры, балки, трубы или иных конструктивных элементов. Нижний конец 35 каждого диагонального раскоса обычно закреплен на вертикальном листе 22 средней поперечной балки 15, а верхний конец 36 - может быть прикреплен к верхней обвязке 28 или другому элементу боковой стены 6.
Крышки 9 пары разгрузочных бункеров приводятся в движение с помощью механизма открывания и закрывания, состоящего из системы продольных валов 37, поперечных двуплечих рычагов 38 и поперечных криволинейных тяг 39 и 40 с наконечниками 41 и 42. Каждое плечо двуплечего рычага 38 отстоит от другого (вдоль продольного вала) на величину, равную разности длин соответствующих цапф крышек разгрузочных люков. Вал 37 приводится во вращательное движение с помощью жестко соединенного с ним одноплечего рычага 46, второй конец которого шарнирно соединен с коротким плечом L-образного наконечника 45 штока 44 силового цилиндра 43 двустороннего действия. L-образная форма наконечника обеспечивает близкий к 180° угол поворота продольного вала, чем достигается открытие крышек разгрузочных люков на достаточную для выгрузки груза величину и переход через «мертвую точку» центров шарнирного соединения двуплечих рычагов 38 и криволинейных тяг 39 и 40, чем обеспечивается надежное блокирование механизма разгрузки. Переход через мертвую точку двуплечих рычагов 38 на величину А достигается за счет упругой деформации криволинейных тяг 39 и 40.
Продольный вал 47 и силовой цилиндр 48 привода механизма открывания и закрывания крышек разгрузочных люков для смежных, вдоль вагона, пар бункеров устанавливается симметрично с другой стороны хребтовой балки, чем обеспечивается взаимозаменяемость крышек разгрузочных люков, расположенных с разных сторон вагона. Сжатый воздух поступает в соответствующие полости силового цилиндра по пневмомагистрали 49 от независимого (от тормозов) источника 50. Направление движения крышек разгрузочных люков управляется с помощью кранов 51, установленных на хребтовой балке за пределами кузова, и приводящихся в движение штангами 52 с обеих сторон вагона.
Применение в конструкции вагона стандартных гнутых и горячекатаных профилей позволяет повысить технологичность изготовления и упростить конструкцию вагона.
Использованная усовершенствованная конструкция механизма открывания-закрывания крышек разгрузочных люков пары бункеров и их расположение для смежных, вдоль вагона бункеров, обеспечивает надежность работы механизма.
Предлагаемая конструкция вагона-хоппера открытого для перевозки сыпучих грузов позволяет исключить недостатки серийно-выпускаемых вагонов, обеспечить необходимую прочность, уменьшить металлоемкость и снизить массу тары, а также улучшить условия обслуживания, и в целом повысить эксплуатационную надежность, технологичность изготовления и грузоподъемность вагона.
Источники информации.
1. Патент RU 93762 U1 от 16.02.2010 г.
2. Патент RU 67942 U1 от 18.06.2007 г.
3. Патент RU 2093394 С1 от 23.10.199 г.
4. Патент UA 81441 С2 от 10.01.2008 г.
5. Патент RU 2380251 С2 от 25.08.2004 г. и др.
6. ГОСТ 2.305-2008. Единая система конструкторской документации. Изображения - виды, разрезы, сечения. С.2