Вагон-хоппер

Полезная модель относится к области железнодорожного транспортного средства, а именно к конструкциям торцевых стен кузовов железнодорожных грузовых вагонов-хопперов.
Из уровня техники известна торцевая стена кузова грузового вагона, включающая балочный каркас, содержащий соединённые между собой вертикальные и горизонтальные балки, выполненные из профилей, а также обшивку, закреплённую на каркасе, отличающаяся тем, что на вертикальных балках каркаса установлены усиливающие элементы, выполненные из уголкового профиля, жестко закреплённого основаниями на балках. (патент RU 205 680, B61D 17/06, B61D 3/00, B61D 7/14, опубл. 28.07.2021).
Недостатком известного технического решения является сложность при изготовлении, вызванная сложностью конструкции и увеличенная металлоемкость. Обусловлена данная техническая проблема тем, что на вертикальных балках каркаса установлены усиливающие элементы из уголкового профиля. Данный фактор приводит к утяжелению конструкции торцевой стен вагона и сложности в процессе изготовления, что вызвано необходимостью жесткого соединения по всей поверхности всех вертикальных балок уголка, который также необходимо присоединять с двух сторон, то есть основаниями каждой из образующих его полок.
Известен вагон-хоппер, содержащий раму, кузов, включающий торцевую стену, содержащую балочный каркас, обшивку, а также раскосы, на торцевой стене в месте соединения раскоса балки каркаса установлено ребро жесткости (патент RU 207 862, B61D 7/00, B61D 17/16, B61D 39/00, опубл. 22.11.2022).
Патент 207 862 выбран в качестве наиболее близкого аналога.
Технической проблемой, присущей приведённому аналогу, является низкая надежность конструкции торцевой стены кузова грузового вагона. Обусловлена данная техническая проблема тем, что не определены параметры ребер жесткости, соединяющих раскосы с балками каркаса торцевой стены. Данный фактор приводит к тому, что в месте соединения раскоса с балкой каркаса торцевой стены не обеспечивается необходимая надежность конструкции торцевой стены при эксплуатации вагона.
Технической проблемой, решаемой заявляемой полезной моделью, является недостаточная надежность торцевой стены вагона-хоппера, вызванная неопределенностью параметров ребра жесткости, применяемого в месте соединения раскоса с балкой каркаса торцевой стены.
Технический результат полезной модели заключается в повышении надежности грузового вагона.
2
k
Указанный технический результат достигается тем, что вагон-хоппер содержит раму, кузов, включающий торцевые стены, содержащие каркас, обшивку, закреплённую на каркасе, а также раскосы, жестко соединенные с рамой и кузовом, при этом на каждой торцевой стене в по крайней мере одном месте соединения раскоса и балки каркаса установлено ребро жесткости, согласно полезной модели ребро жесткости, жестко соединенное с раскосом и балкой каркаса, выполнено из пластины, при этом площадь S ребра жесткости находится в диапазоне 80-300 мм, а толщина  ребра жесткости находится в диапазоне 3-8 мм.
Каркас может включать в себя соединённые между собой вертикальные и горизонтальные балки.
Вертикальные и горизонтальные балки каркаса могут быть выполнены из профилей.
Вертикальные и горизонтальные балки каркаса могут быть жестко соединены между собой сваркой.
Раскосы могут быть жестко соединены с рамой и кузовом, обшивка жестко закреплена на каркасе, ребро жесткости жестко соединено с раскосом и балкой каркаса сваркой.
Ребро жесткости может быть жестко соединено с вертикальной балкой каркаса.
Ребро жесткости может быть жестко соединено с горизонтальной балкой каркаса.
Ребро жесткости может быть установлено в месте соединения раскоса с балкой каркаса торцевой под раскосом.
Ребро жесткости может быть установлено в месте соединения раскоса с балкой каркаса торцевой стены над раскосом.
Ребро жесткости может быть установлено в месте соединения раскоса с балкой каркаса торцевой стены с боковой стороны раскоса.
Вертикальные балки каркаса торцевой стены могут быть выполнены из уголков.
Вертикальные балки каркаса торцевой стены могут быть выполнены из швеллеров.
Вертикальные балки каркаса торцевой стены могут быть выполнены из профилей коробчатого сечения.
Горизонтальные балки каркаса торцевой стены могут быть выполнены из уголков.
Горизонтальные балки каркаса торцевой стены могут быть выполнены из швеллеров.
Горизонтальные балки каркаса торцевой стены могут быть выполнены из профилей коробчатого сечения.
Ребра жесткости могут иметь форму, приближенную к треугольнику.
Ребра жесткости могут иметь форму, приближенную к трапеции.
Ребра жесткости могут иметь форму, приближенную к квадрату.
Ребра жесткости могут иметь форму, приближенную к прямоугольнику.
Предложенная полезная модель иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 –представлен изометрический вид вагона-хоппера; на фиг. 2 – представлена торцевая стена вагона-хоппера; на фиг. 3 (а, б, в, г, д, е, ж, и) – выносной элемент «А» на фиг. 2, расположение ребер жесткости; на фиг. 4 (а, б, в, г, д, е, ж, и) – раскосы, соединённые посредством ребер жесткости с балкой каркаса и расположение ребер жесткости, на фиг. 5 (а, б, в) – профили балок каркаса торцевой стены.
Предлагаемый вагон-хоппер (фиг. 1, 2) содержит раму 1, кузов 2, включающий торцевые стены 3, содержащие каркас 4, обшивку 5, жестко закреплённую на каркасе 4, а также раскосы 6, жестко соединенные с рамой 1 и кузовом 2.  Каркас 4 включает в себя балки 4.1, в состав которых входят жестко соединённые между собой вертикальные 4.1.1 и горизонтальные 4.1.2 балки, при этом между раскосом 6 и балкой 4.1 каркаса 4 установлено ребро жесткости 7.
Вертикальные 4.1.1 и горизонтальные 4.1.2 балки 4.1 каркаса 4 могут быть выполнены из профилей. Рама 1 может быть выполнена из стали, а элементы кузова 2 и его составные элементы из металлов или сплавов на их основе, например, из стали или алюминиевого справа.
S
k
2
Ребро жесткости 7 жестко соединено с раскосом 6 и балкой 4.1 каркаса 4 и выполнено из пластины, при этом площадь  ребра жесткости 7 находится в диапазоне 80-300 мм, а толщина  ребра жесткости 7 находится в диапазоне 3-8мм.
Ребро жесткости 7 может быть жестко соединено, например, с вертикальной 4.1.1 или горизонтальной 4.1.2 балкой 4.1 каркаса 4. Ребро жесткости 7 может быть установлено в месте соединения раскоса 6 с балкой 4.1 каркаса 4 торцевой стены 3, например, под раскосом 6, над раскосом 6, с боковой стороны раскоса 6.
Жесткое соединение вертикальных 4.1.1 и горизонтальных 4.1.2 балок 4.1 каркаса 4 между собой, раскоса 6 с рамой 1 и кузовом 1, обшивки 5 с каркасом 4, ребра жесткости 7 с раскосом 6 и балкой 4.1 каркаса 4 может быть выполнено, например, сваркой.
Между раскосом 6 и балкой 4.1 каркаса 4 может быть установлено по крайней мере одно ребро жесткости 7 (фиг. 3 а, ж, 4 а), но при необходимости их может быть больше, например, два (фиг. 3 в, г, 4 е, г, д), три (фиг. 3 е, д, 4 в, е), четыре (3 б, ж, 4 а, б, г, д), пять (фиг. 3 и), шесть (фиг. 4 ж), семь (фиг. 4 и), восемь (фиг. 4 е) и так далее.
На каждой торцевой стене 3 по крайней мере при соединении одного раскоса 6 и балки 4.1 каркаса 4 установлено ребро жесткости 7 (фиг. 4 е, и), но при необходимости ребро жесткости 7 может быть установлено при соединении более чем одного раскоса 6 и балки 4.1 каркаса 4, например, двух раскосов 6 (фиг. 4 б, в), трех (фиг. 4 ж), четырех (фиг. 4 а), пяти (фиг. 4 г), шести (фиг. 4 д) и так далее.
Возможно применение при соединении торцевой стены 3 с рамой 1 в вагоне-хоппере различных количественных сочетаний ребра жесткости 7 в соединении раскоса 6 с балкой 4.1 торцевой стены и количества соединенных с балкой 4.1 каркаса 4 раскосов 6 посредством ребер жесткости 7, всё будет зависеть от индивидуальных особенностей конкретного вагона-хоппера и требований к достижению в нем необходимой степени надежности, так как применение более одного ребра жесткости 7 в соединении одного раскоса 6 с балкой 4.1 и применение ребер жесткости 7 при соединении более, чем одного раскоса 6 с балками 4.1 повышает надежность крепления в большем количестве мест крепления торцевой 3 через раскос 6 с рамой 1, тем самым повышая надежность самого вагона.
S
k
2
Были проведены несколько испытаний опытного образца, которые имели положительный результат. Например, вагон-хоппер, в котором на каждой торцевой стене в двух соединениях раскосов и балок каркаса установлено по два ребра жесткости, жестко соединенных с раскосом и балкой каркаса сваркой, ребро жесткости выполнено из пластины, при этом площадь ребра жесткости  = 150 мм, а толщина ребра жесткости  = 4 мм.
S
k
S
k
S
k
S
k
2
2
Выполнение площади  ребра жесткости 7 менее 80 мм и толщины  ребра жесткости 7 менее 3 мм не позволит выдержать нагрузки в соединении раскоса 6 с торцевой стеной 3, то есть приведёт к недостаточной надёжности в месте их соединения, а выполнение ребра жесткости 7 площадью  более 300 мм и толщиной  более 8 мм приведет к увеличенной металлоемкости и утяжелению конструкции вагона из-за применения ребра жесткости 7 большого размера, а соответственно большей массой, при этом надежность уже обеспечивается  указанной площадью  и толщиной , поэтому применение ребра жесткости 7 с большей площадью  и толщиной  не придаст дополнительной надежности при установке ребра жесткости 7 в соединении балки 4.1 каркаса 4 с раскосом 6.
На заявляемую конструкцию разработана техническая документация и следующая ступень - это сертификация.
Таким образом, заявленной полезной моделью за счет определения параметров ребра жесткости в месте соединения раскоса с балкой каркаса торцевой стены обеспечено создание более надежного вагона-хоппера.