СТЕНА БОКОВАЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПОЛУВАГОНА

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту и касается конструкций кузовов полувагонов, в частности конструкций стен боковых.
Известна стена боковая железнодорожного полувагона [Патент РФ на пром. образец №55444 МКПО 12-03] содержащая: обвязки верхнюю и нижнюю; стойки угловые из листа и шкворневые, промежуточные из швеллера; горизонтальные пояса и обшиву, которая состоит из двух гладких листов.
Выбор такой конструкции стены является нерациональным, так как для обеспечения условий прочности и жесткости боковой стены приходится набирать толщину обшивы и приваривать горизонтальные пояса между угловыми и шкворневыми стойками, что приводит к увеличению массы тары полувагона и увеличению трудоемкости изготовления стены боковой.
Известна обшивка кузова железнодорожного вагона [Международная заявка (WO) №194173 А1 МКИ В 61 D 17/08], состоящая из наружной плоской панели и внутренней гофрированной панели.
К недостаткам данной конструкции можно отнести сложность соединения двух панелей обшивы между собой, при этом конструкция обшивы требует дополнительного увеличения металлоемкости (толщины профилей), потому что при хороших прочностных показателях данной обшивы необходимо учитывать потери толщины металла при коррозии, а применение для данной обшивы коррозионностойких сталей приводит к увеличению стоимости изделия, кроме того, большое количество гофров внутри кузова затрудняет выгрузку сыпучих грузов из полувагона.
Так же известна боковая стена грузового железнодорожного полувагона [Рекламный каталог "Концерн «Крюковский Вагонзавод» 130 лет" ОАО «Крюковского вагоностроительного завода» стр.12 и 15], которая
содержит угловые, шкворневые, промежуточные стойки, нижнюю, верхнюю обвязки и панель обшивы, состоящую из двух одинаковых листов с одной сплошной гофрой и отгибками по краям по всей длине листа.
В данной конструкции боковой стены не учитывается то, что нагрузки в кузове распределены неравномерно, в нижней части они больше, в верхней меньше. Если выбрать толщины листов из максимально возможной нагрузки в нижней части кузова, то в верхней части появляются излишки металла, которые для обеспечения прочности и надежности конструкции не нужны, то есть происходит необоснованное увеличение массы изделия и, как следствие, его стоимости, а если толщины листов обшивы выбрать из расчета на минимальную нагрузку в верхней части кузова, то кузов в нижней части не обеспечивает условия прочности конструкции. Применение панели обшивы из двух широких листов, каждый из которых с одной сплошной гофрой, приводит к необходимости увеличения геометрических форм гофр, так как обшива должна выдерживать расчетную нагрузку, увеличение гофр приводит к увеличению остатков груза внутри кузова, а также к уменьшению полезного объема кузова.
Кроме того, известна конструкция стены боковой цельнометаллического полувагона [И.Ф.Пастухов и др. Вагоны. М.: Транспорт, 1988, стр.176-180], содержащая каркас и панель обшивы. Каркас состоит из стоек, изготовленных из жестких профилей, соединенных между собой верхней и нижней обвязкой, а панель обшивы состоит из двух жестких листовых профилей с периодическими гофрами и с отгибками по краям профилей, при этом на верхнем листе два ряда гофр, на нижнем листе один ряд гофр и верхний лист по ширине больше, а по толщине меньше нижнего листа.
Данная конструкция выбрана в качестве прототипа.
Недостатком данной конструкции является сложность сборки панели обшивы, заключающаяся в необходимости совмещения гофр верхнего и нижнего листов по длине для обеспечения приварки каркаса, так как длина гофр изменяется в пределах допуска, а также сложность приварки панели
обшивы с каркасом, заключающаяся в том, что при формировании периодических гофр происходит неравномерная утяжка металла, что приводит к образованию остаточных напряжений в углах гофр и увеличению отклонений от плоскостности профилей, которые невозможно устранить в правильных машинах, и после соединения двух профилей в неразъемную сборочную единицу отклонения от плоскостности еще больше увеличиваются, что приводит к возникновению зазоров между обшивой и каркасом, нерегламентированных нормативными документами на сварные соединения, при устранении зазоров обшиву деформируют, ухудшая при этом внешний вид нового изделия, а также увеличиваются остаточные напряжения в конструкции боковой, стены, к тому же прямой участок между профилями стоек и периодическими гофрами на листах обшивы значительно уступает жесткости гофр и стоек. Выше перечисленные недостатки приводят в процессе эксплуатации полувагона к возникновению трещин в углах периодических гофр и на прямых участках, между стойкой и гофром, а также к отрыву панели обшивы от каркаса по сварным швам.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание конструкции боковой стены железнодорожного полувагона, в которой применена панель обшивы, позволяющая осуществить увеличение жесткости обшивы сверху вниз по мере возрастания нагрузок, которые воспринимает обшива и боковая стена в целом с обеспечением требований к надежности и прочности конструкции боковой стены и исключением отрыва обшивы от каркаса по сварным швам, с возможностью правки листов обшивы в правильных машинах и с уменьшением остаточных напряжений в собранной панели обшивы, а так же с улучшением высыпаемости из полувагона сыпучих грузов, с уменьшением трудозатрат.
Сущность предлагаемой конструкции заключается в том, что стена боковая железнодорожного полувагона, содержащая каркас, состоящий из нижней, верхней обвязок и угловых, шкворневых, промежуточных стоек, к которому приварена панель обшивы, состоящая из двух гофрированных
листов, соединенных между собой внахлест на отгибке одного из листов, при этом верхний лист, на котором две гофры, по ширине больше, а по толщине меньше нижнего листа, кроме того, сплошные гофры листов вместе с отгибкой, на которой соединены листы, распределены по всей высоте стены с шагом в пределах 0,19-0,21 относительно высоты панели обшивы, также высота гофр не более чем в 5 раз и не менее чем в 2,5 раза больше толщины листов, а ширина гофр не менее чем в 8 раз и не более чем 15 раз больше высоты гофр. Так же верхняя гофра по высоте и ширине меньше нижней гофры.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами:
Фиг.I - общий вид стены боковой;
Фиг.II - разрез А-А фиг.I.
Стена боковая железнодорожного полувагона состоит из каркаса 1, который содержит обвязку верхнюю 2 и обвязку нижнюю 3, а так же стойки угловые 4, шкворневые 5 и промежуточные 6. К каркасу приварена панель обшивы 7, состоящая из верхнего листа 8 и нижнего листа 9, листы выполнены со сплошными по всей длине гофрами 10, 11 и 12. Верхний лист 8, с двумя сплошными гофрами 10 и 11, по ширине больше, а по толщине меньше нижнего листа 9. Сплошные гофры 10, 11, 12, высота которых не более чем в 5 раз и не менее чем в 2,5 раза больше толщины листов 8 и 9, вместе с отгибкой 13, на которой соединены листы обшивы 8 и 9, распределены по всей высоте стены с шагом в пределах 0,19-0,21 относительно высоты панели обшивы 7, которая ограничена верхней гранью 14 и нижней гранью 15. Вместе с этим, ширина гофр 10, 11, 12 не менее чем в 8 раз и не более чем 15 раз больше высоты гофр.
Кроме того, гофра 10 по высоте и ширине меньше гофры 11, а гофра 11, также по высоте и ширине, меньше гофры 12.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в том, что выполнение обшивы боковой стены из двух листов (верхний лист по ширине больше, а по толщине меньше нижнего листа) со сплошными
гофрами, которые вместе с отгибкой распределены по всей высоте стены с шагом в пределах 0,19-0,21 относительно высоты панели обшивы, позволяет увеличить жесткость обшивы и боковой стены в целом сверху вниз, обеспечить надежность и прочность конструкции боковой стены. Диапазон распределения гофр и отгибок позволяет на пяти одинаковых плоских участках, заключенных между элементами жесткости (гофрами и отгибками), равномерно расположить сварные швы (приварки панели обшивы к стойкам каркаса) необходимой длины, которые исходя из прочности конструкции в сумме на одной стороне стойки составляет не менее 3/5 расстояния между верхней и нижней обвязками. Высота гофр обеспечивает жесткость и высыпаемость сыпучих грузов, чем выше гофры тем больше их жесткость, чем они ниже тем лучше высыпаемость. Если высота гофр не менее чем в 2,5 раза больше толщины листов, то остатки высыпаемого груза составят 0,0011%, если увеличить высоту гофр в 5 раз больше толщины листов, то остатки высыпаемого груза составят 0,011%, а если увеличить высоту гофр в 7,5 раз больше толщины листов, то остатки высыпаемого груза составят 0,046%. Уменьшение высоты гофр менее чем в 2,5 раза от толщины листов, ухудшает жесткость обшивы и гофрированная обшива становится не целесообразной, так как дает слабый положительный эффект по сравнению с обшивой из гладких листов. Ширина гофр при фиксированной высоте гофр должна быть ограничена, так как очень маленькие или очень большие по ширине гофры уступают по прочности и жесткости среднему показателю, находящемуся посередине этих двух параметров, к тому же чем шире гофры, тем меньше полезный объем кузова. Если ширина гофр в 8, 11, 15 раз больше высоты гофр, а высота гофр в 3 раза больше толщины листов, то при воздействии расчетной нагрузки на участок обшивы, ограниченный верхней, нижней обвязками и двумя промежуточными стойками, прогиб обшивы составит от расстояния между верхней и нижней обвязками, при ширине гофр в 8 раз больше высоты гофр - 1,5%, при ширине гофр в 11 раз больше высоты гофр - 1,2%, при ширине гофр в 15 раз больше высоты гофр - 1%, то
есть исходя из результатов расчета средний показатель (лучший показатель) находится за пределом ширины гофр в 15 раз больше высоты гофр, если увеличить ширину гофры еще в несколько раз, то тогда уменьшается полезный объем кузова и суммарная длина швов не обеспечивает необходимую прочность конструкции, к тому же при сравнении параметров можно сделать вывод, что средний показатель находится на близком расстоянии от показателя ширины гофр в 15 раз больше высоты гофр. Поэтому рационально применять гофры шириной не менее чем в 8 раз и не более чем в 15 раз больше высоты гофр. Увеличение гофр по высоте и ширине, в выше указанных пределах, сверху вниз, то есть верхняя гофра всегда меньше нижней гофры, позволяет дополнительно увеличить и распределить жесткость и прочность обшивы по мере возрастания нагрузки на боковую стену. Так же применение данной конструкции позволит уменьшить остаточные напряжения в панели обшивы, уменьшить отклонения профилей от плоскостности, уменьшить трудозатраты при сборке и при приварке обшивы к каркасу, так как есть возможность править листы обшивы в правильных машинах и исключить остаточные деформации, возникающие в процессе сборки панели обшивы с каркасом.
В настоящее время на заявляемую полезную модель разработана конструкторская документация и проводятся всесторонние испытания опытного образца.