Боковая рама тележки вагона

Полезная модель относится к конструктивным элементам тележек железнодорожных вагонов, в частности к боковым рамам тележек грузовых вагонов.
В связи с переходом железных дорог на эксплуатацию грузовых вагонов повышенной грузоподъемности, актуальным становится повышение усталостной прочности боковых рам тележек. Результаты испытаний на усталостную прочность боковых рам трехэлементных тележек и опыт эксплуатации тележек модели 18-100 показывает, что наиболее часто возникают разрушения (трещины) во внутренних углах буксового проема. Для предотвращения возникновения подобных дефектов разрабатываются различные технические решения.
Известна боковая рама железнодорожной тележки (RU 2481986, опубл. 20.05.2013) в виде стальной отливки, состоящая из верхнего и нижнего горизонтальных поясов, соединенных между собой вертикальными колонками, образующими совместно с горизонтальными поясами рессорный проем, расположенной в нижней части рессорного проема опорной поверхности с бонками для установки и ограничителями от смещения пружин, наклонных поясов, сопряженных с нижним поясом и горизонтальными опорными участками буксовых проемов, имеющих наружные и внутренние челюстные направляющие, у которой в зоне сопряжения горизонтальных надбуксовых участков с внутренними челюстными направляющими имеются наружные усиливающие ребра в виде перевернутой запятой, которые соединяют между собой горизонтальные надбуксовые участки, наклонные пояса, вертикальные стенки челюстных направляющих и радиусные переходы внутренних углов надбуксовых участков боковой рамы, при этом диаметр расширенной части усиливающих ребер составляет не менее 50 мм.
Недостатком конструкции является высокая трудоемкость технологии отливки, обусловленная сложной формой усиливающих ребер.
В качестве наиболее близкого аналога (прототипа) полезной модели принята боковая рама тележки грузового вагона (RU 2463183, опубл. 10.10.2012), содержащая верхний и нижний горизонтальные пояса, соединенные между собой двумя вертикальными колонками с образованием внутри рессорного проема и двумя наклонными поясами с внутренними челюстными направляющими, образующими с установленными на концах горизонтального пояса внешними челюстными направляющими буксовые проемы, с образованием между наклонным поясом, вертикальной колонкой и горизонтальным поясом технологического окна, а также, содержащая выступ на поверхности рамы в зонах соединения наклонного пояса с верхним.
К недостаткам прототипа относится недостаточная усталостная прочность рамы в зонах расположения концентраторов напряжений, а именно - во внутреннем углу буксового проема на участке сопряжения наклонного и горизонтального поясов.
Техническим результатом реализации полезной модели является повышение надежности боковой рамы за счет оптимизации геометрической формы и размеров выступа в наиболее нагруженном месте буксового проема, в зоне объединяющей наклонный и верхний горизонтальный пояса.
Технический результат достигается в настоящей полезной модели за счет того, что боковая рама тележки вагона, содержащая верхний и нижний горизонтальные пояса, соединенные между собой двумя вертикальными колонками, с образованием внутри рессорного проема, и двумя наклонными поясами с внутренними челюстными направляющими, образующими с установленными на концах верхнего пояса внешними челюстными направляющими буксовые проемы, с образованием между наклонным поясом, вертикальной колонкой и верхним поясом технологического окна, содержит выступ на внешней поверхности рамы в зонах соединения наклонных поясов с верхним поясом, который по горизонтали простирается от буксового проема на всю ширину наклонного пояса до технологического окна, нижняя часть выступа плавно переходит в наклонный пояс в зоне внутренней челюстной направляющей, верхняя часть выступа имеет форму ломанной и плавно переходит в верхний пояс рамы, а отрезок, соединяющий верхнюю часть выступа с челюстным проемом, сопряжен с верхним горизонтальным поясом по радиусу.
Дополнительно, ломаная верхней части выступа может состоять из двух или более отрезков, которые соединены между собой через скругления.
Кроме того, плавный переход выступа может быть выполнен в виде наклонной плоскости, или выполнен по радиусу.
Полезная модель поясняется следующими рисунками.
На фиг. 1 - представлен вид в изометрии боковой рамы с внешней стороны,
На фиг. 2 - фрагмент А на фиг. 1, зона соединения наклонного пояса с верхним.
Боковая рама тележки грузового вагона содержит верхний горизонтальный пояс 1 замкнутого сечения с установленными на концах внешними челюстными направляющими 2, нижний горизонтальный пояс 3 замкнутого сечения, принимающий нагрузку от опорной площадки 4 для рессорного комплекта тележки, два наклонных пояса 5 и две вертикальные колонки 6, связывающие верхний 1 и нижний 3 горизонтальные пояса. Между верхним поясом 1, вертикальными колонками 6 и опорной площадкой 4 нижнего пояса 3 образован центральный рессорный проем 7. Каждый наклонный пояс 5 в верхней своей части снабжен внутренней челюстной направляющей 8, так что с каждой стороны рамы образуется буксовый челюстной проем 9, ограниченный внутренней 8 и внешней 2 челюстными направляющими и верхним поясом 1 с опорной площадкой 10. В буксовом проеме 9 наклонный пояс 5 переходит в верхний пояс 1 по радиусу R1. Также, с каждой стороны рессорного проема 7 между наклонным поясом 5, вертикальной колонкой 6 и верхним поясом 1 выполнено технологическое окно 11.
На внешней поверхности рамы возле каждого буксового проема 9 в зоне соединения наклонного пояса 5 с верхним горизонтальным поясом 1 расположен усиливающий выступ 12 (вид А). По горизонтали выступ 12 простирается от челюстного проема 9 на всю ширину наклонного пояса 5 до технологического окна 11. Поэтому одна сторона выступа 12 повторяет форму радиусного перехода R1 и часть наклонного пояса 5 со стороны челюстного проема 9, а противоположная сторона повторяет форму технологического окна 11.
Нижняя часть 13 выступа 12 плавно переходит в наклонный пояс 5 на уровне внутренней челюстной направляющей 8 ниже уровня радиусного перехода R1, но выше середины вертикальной стороны челюстной направляющей 8. Предпочтительно, для достижения необходимой прочности, расположить нижнюю часть 13 перпендикулярно к наклонной поверхности пояса 5, так как в этом направлении происходит распределение нагрузки в наклонном поясе при эксплуатации рамы.
Верхняя часть 14 выступа 12 имеет форму ломаной, состоящей из отрезков. На рисунках представлено выполнение ломаной 14 из двух отрезков, но их согласно настоящей полезной модели может быть три, четыре или пять. В качестве варианта выполнения верхней части 14 выступа 12 отрезки ломаной могут быть соединены между собой через скругления 16 (как это изображено на фиг. 2), что дополнительно служит для предотвращения образования напряжений в углах соединений отрезков ломаной. Верхняя часть 14 выступа 12 плавно переходит в верхний пояс 1 рамы и нижняя часть 13 выступа 12 плавно переходит в наклонный пояс 5 с образованием плавных переходов 15. Плавные переходы 15 нижней части 13 и/или верхней части 14 во внешнюю поверхность боковой рамы могут быть выполнены в виде прямой наклонной плоскости (как представлено на фигурах), либо по радиусу (не изображено). Радиус может быть выпуклый или вогнутый.
Верхняя часть 14 выступа 12 соединена с опорной площадкой 10 буксового проема 9 прямолинейным участком 17 в виде отрезка. Отрезок 17 начинается от крайнего отрезка ломанной верхней части 14 и заканчивается у зоны радиусного перехода R1 опорной площадки 10 во внутреннюю челюстную направляющую 8 буксового проема 9. Отрезок 17 сопряжен с внешней боковой поверхностью верхнего пояса 1 плавным радиусным переходом R2.
Как упоминалось ранее, областью боковой рамы, наиболее подверженной изломам и разрушению, является область соединения верхнего горизонтального пояса 1 с наклонными поясами 5 в углах буксовых проемов 9 по направлению от радиусного перехода к технологическому окну 11. Выполнение верхней части 14 выступа 12 выше этой области излома, а нижней части 13 ниже области излома, позволяет точечно усилить эту область боковой рамы без увеличения толщины стенок всей рамы. Выполнение переходов от частей выступа к внешней стороне рамы плавными по наклонной или по радиусу позволяет снизить напряжения, возникающие в местах пересечений плоскостей.
Боковая рама тележки грузового вагона работает следующим образом.
Верхний горизонтальный пояс 1 воспринимает нагрузку от букс колесных пар тележек грузового вагона, установленных в буксовых проемах 9, а наклонный пояс 5 испытывает нагрузку от опорной площадки 4 рессорного проема 7. Чаще всего в боковых рамах грузовых вагонов в местах перехода наклонного пояса 5 в верхний 1 пояс во внутренних углах буксовых проемов 9 возникают повышенные напряжения, обусловленные повышенными силовыми нагрузками. Выполнение места соединения наклонного пояса 5 с верхним поясом 1 с усиливающим выступом 12, позволяет создать в этом месте достаточную прочность рамы, предотвращающую излом буксовых проемов.