Боковая рама тележки грузового вагона

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту и касается конструкции литой рамы тележки грузового вагона.
Особенностью конструкции боковых рам тележек грузовых вагонов является то, что их элементы в процессе эксплуатации воспринимают статические и динамические вертикальные нагрузки: вес вагона и груза, удары при прохождении вагоном по нервностям пути, продольные нагрузки: усилие тяги при равномерном движении состава, усилие при соударении вагонов, а также испытывают воздействие крутящего момента при вписывании вагонов в кривые участки рельсового пути. При этом основная часть динамических вертикальных нагрузок носит циклический характер. Основной причиной отказов боковой рамы тележки в эксплуатации является образование и развитие трещин в местах расположения концентраторов напряжений. Наибольшее напряжение находится в местах перехода горизонтальных опорных участков в наклонные пояса.
В вагоностроении известны технические решения, направленные на обеспечение прочности боковой рамы тележки за счет выполнения местных утолщений боковых стенок, что снижает напряжения в проблемных зонах (RU №102577 U1, B61F5/52, опубл. 10.03.2011; RU №144455 U1, B61F5/00, B61F5/52, опубл. 20.08.2014).
Известно устройство, состоящее из верхнего и нижнего горизонтальных поясов, соединенных между собой вертикальными колонками, образующими совместно с горизонтальными поясами рессорный проем, наклонных поясов, образующих совместно с вертикальными колонками технологические окна, сопряженных с нижним поясом и горизонтальными опорными участками буксовых проемов, имеющих наружные и внутренние челюстные направляющие, при этом сопряжение горизонтального опорного участка буксового проема с наклонным поясом выполнено c наружными ребрами и с внутренним утолщением (RU №125949 U1, B61F5/52, опубл. 20.03.2013) (прототип).
Техническая проблема известных устройств заключается в следующем. Выполнение локального утолщения на вертикальных боковых стенках внутренним элементом затрудняет или не обеспечивает его визуальный и неразрушающий контроль. При изготовлении боковой рамы тележки в местах опорных участков буксовых проемов, где расположены прибыли, могут образовываться в отливке горячие трещины и прочие литейные дефекты, что приводит к снижению прочности и сокращению срока службы боковой рамы.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение эксплуатационной надежности боковой рамы тележки грузового вагона за счет улучшения её прочностных свойств.
Заявленный технический результат достигается выполнением боковой рамы грузового вагона, содержащей верхний и нижний горизонтальные пояса, соединённые между собой вертикальными колонками и наклонными поясами, на внешней поверхности боковой стенки в месте сопряжения внутренних углов буксовых проёмов с наклонными поясами выполнены усиливающие приливы-утолщения, согласно полезной модели, приливы-утолщения выполнены выступающими над внешней поверхностью боковой стенки на высоту «h» и имеющими участки шириной «b», расположенные в направлениях центральной части буксового проёма и наклонного пояса соответственно и выполненные с плавным снижением высоты «h» до внешней поверхности боковой стенки, при этом приливы-утолщения дополнены участком шириной «d» и выполнены с расстоянием «а» между крайними верхней и нижней точками прилива-утолщения.
В качестве развития основного технического решения высота «h» может быть выдержана в диапазоне от 4 до 8 мм; ширина «b» может быть выдержана в диапазоне от 25 до 50 мм; ширина «d» может быть выдержана в диапазоне размеров от 110 до 155 мм; расстояние «а» может быть выдержано в диапазоне от 90 до 135 мм; центр участка шириной «d» может быть удален от центральной части буксового проёма на расстояние «c», выдержанное в диапазоне от 188 до 210 мм; центр участка шириной «d» может быть удален от нижней полки горизонтального опорного участка буксового проёма на расстояние «f», выдержанное в диапазоне от 47 до 70 мм. В варианте исполнения участок шириной «d» может быть выполнен в форме круга; участок шириной «d» может быть выполнен в форме эллипса; участок шириной «d» может быть выполнен в форме многоугольника.
Заявляемая полезная модель отличается от прототипа тем, что приливы-утолщения выполнены выступающими над внешней поверхностью боковой стенки на высоту «h» и имеющими участки шириной «b», расположенные в направлениях центральной части буксового проёма и наклонного пояса соответственно и выполненные с плавным снижением высоты «h» до внешней поверхности боковой стенки, при этом приливы-утолщения дополнены участками шириной «d» и выполнены с расстоянием «а» между крайними верхней и нижней точками прилива-утолщения; высота «h» может быть выдержана в диапазоне от 4 до 8 мм; ширина «b» может быть выдержана в диапазоне от 25 до 50 мм; ширина «d» может быть выдержан в диапазоне размеров от 110 до 155 мм; расстояние «а» может быть выдержано в диапазоне от 90 до 135 мм; центр участка шириной «d» может быть удален от центральной части буксового проёма на расстояние «c», выдержанное в диапазоне от 188 до 210 мм; центр участка шириной «d» может быть удален от нижней полки горизонтального опорного участка буксового проёма на расстояние «f», выдержанное в диапазоне от 47 до 70 мм; участок шириной «d» может быть выполнен в форме круга; участок шириной «d» может быть выполнен в форме эллипса; участок шириной «d» может быть выполнен в форме многоугольника.
Полезная модель показана на чертежах, где на фиг. 1 представлен общий вид боковой рамы; на фиг. 2 – схема расположения прилива-утолщения относительно зоны внутреннего угла буксового проёма; на фиг. 3 – выносной элемент А на фиг. 1.
Боковая рама тележки грузового вагона (Фиг. 1) представляет собой полую отливку, содержащую верхний 1 и нижний 2 горизонтальные пояса, соединённые между собой вертикальными колонками 3 и наклонными поясами 4, на внешней поверхности боковой стенки боковой рамы в месте сопряжения внутренних углов 5 буксовых проёмов 6 с наклонными поясами 4 выполнены усиливающие приливы-утолщения 7.
Технический результат заключается в повышении эксплуатационной надежности боковой рамы тележки грузового вагона за счет улучшения её прочностных свойств и обеспечивается следующим образом.
Приливы-утолщения 7 (Фиг. 2, 3) выполнены выступающими над внешней поверхностью боковой стенки на высоту «h» и имеющими участки 7.1 шириной «b», расположенные в направлениях центральной части буксового проёма 6 и наклонного пояса 4 соответственно и выполненные с плавным снижением высоты «h» до внешней поверхности боковой стенки, при этом приливы-утолщения 7 дополнены участками 7.2 шириной «d» и выполнены с расстоянием «а» между крайними верхней и нижней точками прилива-утолщения 7.
Внутренний угол 5 буксового проёма 6 расположен в месте термического узла, образованного сопряжением нескольких стенок. Упрочнение такой зоны, которое производят локальным увеличением толщины боковой стенки верхнего пояса 1 с помощью приливов-утолщений 7 для прямого питания отливки, обеспечивает условия для равномерной кристаллизации и получения плотного металла без усадочных дефектов.
Выполнение прилива-утолщения 7 с высотой «h», выдержанной в диапазоне от 4 до 8 мм, участков 7.1 шириной «b», выдержанной в диапазоне от 25 до 50 мм, и участков 7.2 шириной «d», выдержанным в диапазоне размеров от 110 до 155 мм, позволяет снизить склонность этой зоны к перегреву, вследствие которого при охлаждении отливки может возникнуть раскрытие с образованием горячей трещины.
Оптимальными размерами приливов-утолщений 7 является расстояние «а» между крайними верхней и нижней точками прилива-утолщения 7, выполненное в диапазоне от 90 до 135 мм. Увеличение размера приливов-утолщений 7 за верхний предел указанного диапазона приводит к повышенному расходу металла для литья и, соответственно, к увеличению массы боковой рамы. Выполнение приливов-утолщений 7 со значением менее нижнего предела указанного диапазона не обеспечивает утолщения боковой стенки верхнего пояса 1, достаточного для улучшения прочностных свойств боковой рамы и повышения её надёжности.
Центр участка 7.2 прилива-утолщения 7 удалён от центральной части буксового проёма 6 на расстояние «c», составляющее диапазон от 188 до 210 мм, и от нижней полки горизонтального опорного участка буксового проёма на расстояние «f», составляющее диапазон от 47 до 70 мм. Расположение прилива-утолщения 7 в заявляемых пределах уменьшает концентрацию эквивалентных напряжений в зонах переходов горизонтальных опорных участков буксовых проёмов к наклонным поясам боковой рамы тележки.
Участок 7.2 может быть выполнен в форме круга или в форме эллипса. Такое выполнение является самым оптимальным для снижения концентраторов возникающих напряжений в данной зоне. Также участок 7.2 может быть выполнен в форме многоугольника, при этом для обеспечения отсутствия концентраторов напряжения количество граней должно быть не менее шести.