Боковая рама тележки грузового вагона

Полезная модель относится к конструктивным элементам тележек железнодорожных вагонов, в частности к боковым рамам тележек.
Известна боковая рама тележки грузового вагона (RU 181826, опубл. 26.06.2018), содержащая верхний пояс, нижний пояс, две вертикальные колонки, сопряженные с верхним поясом и нижним поясом и толщина каждой из которых меньше толщины нижнего пояса, два наклонных пояса, каждый из которых сопряжен с верхним поясом и нижним поясом, рессорный проем с опорной площадкой для рессорного комплекта, ограниченный верхним поясом, нижним поясом и вертикальными колонками, два наружных выступа, сопряженных с опорной площадкой для рессорного комплекта, два наружных ребра сопряженных с упомянутыми выступами, при этом упомянутые наружные выступы и сопряженные с ними наружные ребра выполнены на внешней поверхности боковой рамы в двух зонах сопряжения нижнего пояса, вертикальных колонок и наклонных поясов. Технической проблемой является наличие усадочных дефектов, формируемых в термических узлах в нижней части боковой рамы в зонах сопряжения нижнего пояса, вертикальных колонок и наклонных поясов.
В качестве наиболее близкого аналога полезной модели принята боковая рама тележки грузового вагона (RU 199819, опубл. 21.09.2020), содержащая верхний пояс с ограничителями, образующими буксовые проемы, и нижний пояс с опорной площадкой для рессорного комплекта, два наклонных пояса и две вертикальные колонки, связывающие верхний и нижний пояса, причем место соединение опорной площадки с вертикальными колонками выполнено по радиусам, а на наружной стороне боковой рамы в каждой зоне соединения наклонного пояса и вертикальной колонки с нижним поясом и опорной площадкой выполнен выступ, объединяющий упомянутые элементы и сопряженный с опорной площадкой.
Технической проблемой прототипа являются недостаточная надежность усиливающего выступа в месте соединения нижнего пояса с боковыми поясами и вертикальными колонками, приводящая к преждевременному излому боковой рамы.
Техническим результатом реализации полезной модели является повышение надежности боковой рамы за счет оптимизации геометрической формы и размеров выступа, объединяющего наклонный и нижний пояса с вертикальной колонкой в наиболее нагруженном месте.
Технический результат в настоящей полезной модели достигается за счет того, что боковая рама тележки грузового вагона, содержащая верхний пояс с ограничителями, образующими буксовые проемы, нижний пояс с опорной площадкой для рессорного комплекта, два наклонных пояса и две вертикальные колонки, связывающие верхний и нижний пояса, содержит выступ на внешней стороне боковой рамы в каждой зоне соединения наклонного пояса, вертикальной колонки и нижнего пояса, сопряженный с опорной площадкой, причем выступ выполнен в виде пятиугольной призмы, основания которой имеют форму выпуклого пятиугольника, одно из оснований призмы сопряжено с боковой поверхностью рамы, а одна из боковых граней призмы плавно переходит в опорную площадку рессорного проема.
Также, для достижения технического результата углы каждого пятиугольника могут быть выполнены скругленными и ребра боковых граней могут быть выполнены скругленными.
Предпочтительно величина выступа не должна превышать размерами прямоугольный параллелепипед длиной В=160 мм, шириной С=160 мм, высотой Н=60 мм.
Также выступ может быть выполнен так, что боковые грани призмы плавно переходят в тело боковой рамы по радиусу R, находящемуся в диапазоне от 10 до 30 мм.
На фиг. 1 - представлен вид боковой рамы с внешней стороны в изометрии, на фиг. 2 - фрагмент А, вариант выполнения выступа в виде пятиугольной призмы, на фиг. 3 - фрагмент А, выступ вписанный в параллелепипед.
Боковая рама тележки грузового вагона содержит горизонтальный верхний пояс 1 замкнутого сечения с ограничителями 2, образующими буксовые проемы 3, горизонтальный нижний пояс 4 замкнутого сечения, принимающий нагрузку от опорной площадки 5 для рессорного комплекта тележки, а также два наклонных пояса 6 и две вертикальные колонки 7, связывающие верхний 1 и нижний 4 пояса боковой рамы. Причем между вертикальными колонками 7, опорной площадкой 5 для рессорного комплекта и верхним поясом 1 образуется центральный рессорный проем 8 боковой рамы, ограниченный этими элементами. Также, на боковой раме между наклонными поясами 6 и вертикальными колонками 7 могут быть выполнены технологические окна 9. Места соединения вертикальной колонки 7 с опорной площадкой 5 могут быть выполнены по радиусам соединения. Чтобы укрепить критическое сечение и повысить прочность рамы, на внешней стороне боковой рамы в каждой зоне соединения вертикальной колонки 7 и наклонного пояса 6 с нижним поясом 4 и опорной площадкой 5 выполнен выступ (утолщение) 10, объединяющий упомянутые элементы. Внешняя сторона рамы характеризуется тем, что при сборе тележки железнодорожного вагона она будет обращена наружу тележки, а внутренняя сторона рамы обращена внутрь тележки и снабжена кронштейнами 11 для закрепления подвески триангеля тормозной системы.
Выступ 10 выполнен в виде пятиугольной призмы, основания которой имеют форму выпуклого пятиугольника (Фиг. 2). Пятиугольники, лежащие в основаниях призмы, могут быть правильными или неправильными. Предпочтительным вариантом выполнения считается призма, в основании которой лежат неправильные пятиугольники, так как такое выполнение выступа 10 позволяет сместить зону усиления в наиболее слабую точку зоны соединения наклонного пояса 6 с вертикальной колонкой 7 и опорной площадкой 5 рессорного проема.
Одно из оснований призмы сопряжено (отлито заодно) с боковой поверхностью рамы, то есть один из пятиугольников призмы лежит в плоскости боковой рамы. Одна из боковых граней призмы, выходящая в рессорный проем 8, в нижней своей части плавно переходит в опорную площадку 5 рессорного проема. Таким образом, можно сказать, что с внешней стороны боковой рамы край опорной площадки 5 для рессорного комплекта утолщаясь охватывает нижний угол рессорного проема 8 и выходит на вертикальную стенку боковой рамы в зоне перехода нижнего пояса 4 в наклонный пояс 6, образуя технологический выступ (утолщение) 10. Как видно на Фиг. 2 несколько углов пятиугольника основания призмы выступа 10 выполнены скругленными, в таком случае и примыкающие к этим скругленным углам ребра между боковых граней призмы также выполнены скругленными. На представленном рисунке изображено выполнение скругленными четырех углов основания призмы и ребер, примыкающих к ним.
Размеры выступа 10 не должны превышать размеры прямоугольного параллелепипеда с длиной В=160 мм, шириной С=160 мм, высотой Н=60 мм (Фиг. 3), т.к. увеличение указанных размеров приведет к увеличению массы тележки без существенного влияния на прочность тележки.
Боковые грани пятиугольной призмы выступа 10 плавно переходят в тело боковой рамы по радиусу R, составляющему от 10 мм до 30 мм (Фиг. 3). Уменьшение величины R менее 10 мм может привести к образованию концентраторов напряжения в этих местах и последующему разрушению конструкции, а увеличение величины R более 30 мм приводит лишь к необоснованному увеличению массы боковой рамы.
Боковая рама тележки грузового вагона работает следующим образом.
Нижний горизонтальный пояс 4 воспринимает нагрузку от рессорного комплекта, установленного на опорную площадку 5, и надрессорной балки тележки вагона. Чаще всего в боковых рамах грузовых вагонов в зоне соединения вертикальной колонки 7 и наклонного пояса 6 с нижним поясом 4 и опорной площадкой 5 возникают повышенные механические напряжения, обусловленные повышенными силовыми нагрузками. Снабжение места соединения выступом (утолщением) 10, объединяющим упомянутые элементы, и выполнение этого выступа в виде пятиугольной призмы, основания которой имеют форму выпуклого пятиугольника, позволяет создать в этом месте условия для направленной кристаллизации металла при остывании отлитой боковой рамы, а также устраняет усадочную пористость металла и снижает количество трещин в нем, а также усиливает прочность элементов рамы за счет их утолщения, что также способствует предотвращению излома нижних углов рессорного проема боковой рамы тележки.
Такая форма выступа позволяет перераспределить существующие напряжения и уменьшить уровень концентрации напряжений в зоне соединения вертикальной колонки с опорной площадкой рессорного комплекта, тем самым повысить надежность боковой рамы тележки грузового вагона.