НАДРЕССОРНАЯ БАЛКА ДЛЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ ТЕЛЕЖКИ И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НАДРЕССОРНОЙ БАЛКИ
BOLSTER FOR RAILWAY TROLLEY AND METHOD OF MAKING BOLSTER

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение в общем относится к надрессорной балке для тележки железнодорожного вагона и, в частности, к надрессорной балке, имеющей повышенную прочность в определенных областях.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Железнодорожные вагоны обычно представляют собой железнодорожный вагон, который опирается на пару узлов тележек. Узлы тележек включают в себя пару боковых рам и колесных пар, соединенных вместе с помощью надрессорной балки и амортизирующей системы. Вагон опирается на подпятниковый участок в центре надрессорной балки, который служит в качестве точки вращения системы тележки. Перемещения кузова вагона воспринимаются через пружины и фрикционные клиновые гасители колебаний, которые соединяют надрессорную балку и боковые рамы. Боковые рамы включают в себя буксы, каждая из которых образует челюсть, в которой размещается колесный узел колесной пары с использованием переходника роликового подшипника.
Надрессорные балки могут быть изготовлены с использованием различных технологий литья. Наиболее распространенной технологией изготовления этих компонентов является литье в песчаные формы. Высокая производительность при изготовлении надрессорных балок в ходе такого процесса литья приводит к получению изделий, подверженных дефектам, из-за которых изделие восприимчиво к высоким рабочим нагрузкам и циклам усталости
Требуемый срок службы надрессорной балки может составлять пятьдесят лет. Однако при использовании надрессорная балка испытывает различные нагрузки, особенно вблизи подпятникового участка и концов, где надрессорная балка соединяется с боковой рамой. Средство уменьшения дефектов пористости, которое повысит прочность надрессорной балки в этих областях, может увеличить срок службы надрессорной балки.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Аспекты настоящего изобретения относятся к надрессорной балке для тележки железнодорожного вагона, причем надрессорная балка может содержать верхнюю стенку, нижнюю стенку, переднюю стенку и заднюю стенку; первую пару карманов для фрикционных клиньев на первом конце надрессорной балки, причем первая пара карманов для фрикционных клиньев выполнена с возможностью вставки в проем для надрессорной балки первой боковой рамы, и вторую пару карманов для фрикционных клиньев на втором конце надрессорной балки, причем вторая пара карманов для фрикционных клиньев выполнена с возможностью вставки в проем для надрессорной балки второй боковой рамы. Первая центральная стенка может быть расположена в направлении первого конца, может находиться в зацеплении с верхней стенкой и нижней стенкой и может быть по существу отцентрирована между передней стенкой и задней стенкой, а вторая центральная стенка может быть расположена в направлении второго конца, может находиться в зацеплении с верхней стенкой и нижней стенкой и может быть по существу отцентрирована между передней стенкой и задней стенкой. Надрессорная балка дополнительно содержит пару проемов окон для тормозного оборудования, образованных в передней и задней стенках стенками окон для тормозного оборудования, пару облегчающих окон, образованных в передней и задней стенках стенками облегчающих окон, и подпятниковый участок, образованный в центре надрессорной балки. Кроме того, толщина верхнего участка первой центральной стенки может быть больше толщины нижнего участка первой центральной стенки вблизи первого положения между подпятниковым участком и первым концом, и толщина верхнего участка второй центральной стенки может быть больше толщины нижнего участка второй центральной стенки вблизи второго положения между подпятниковым участком и вторым концом.
Дополнительные аспекты настоящего изобретения могут относиться к надрессорной балке, в которой первое положение может находиться на расстоянии от около 28,75 дюймов до около 31,75 дюймов в направлении первого конца от центра надрессорной балки; а второе положение может находиться на расстоянии от около 28,75 дюймов до около 31,75 дюймов в направлении второго конца от центра надрессорной балки. Альтернативно центр первой прибыли может быть расположен на расстоянии от около 28,25 дюймов до около 31,25 дюймов в направлении первого конца от центра надрессорной балки, а центр второй прибыли может быть расположен на расстоянии от около 28,25 дюймов до около 31,25 дюймов в направлении второго конца от центра надрессорной балки. Кроме того, толщина верхнего участка первой центральной стенки вблизи первого положения может составлять от около 4,60 дюймов до около 5,60 дюймов, толщина нижнего участка первой центральной стенки вблизи первого положения может составлять от около 3,51 дюймов до около 4,51 дюймов, толщина верхнего участка второй центральной стенки вблизи второго положения может составлять от около 4,60 дюймов до около 5,60 дюймов, и толщина нижнего участка второй центральной стенки вблизи второго положения может составлять от около 3,51 дюймов до около 4,51 дюймов.
В дополнение, аспекты настоящего изобретения могут относиться надрессорной балке, в которой отношение толщины верхнего участка первой центральной стенки вблизи первого положения к толщине нижнего участка первой центральной стенки вблизи первого положения может составлять от около 1,08:1 до около 1,46:1, и отношение толщины верхнего участка второй центральной стенки вблизи второго положения к толщине нижнего участка второй центральной стенки вблизи второго положения может составлять от около 1,08:1 до около 1,46:1. Толщина верхнего участка первой центральной стенки вблизи первого положения может составлять от около 5,65 дюймов до около 6,65 дюймов, а толщина нижнего участка первой центральной стенки вблизи первого положения может составлять от около 3,40 дюймов до около 4,40 дюймов, и толщина верхнего участка второй центральной стенки вблизи второго положения может составлять от около 5,65 дюймов до около 6,65 дюймов, а толщина нижнего участка второй центральной стенки вблизи второго положения может составлять от около 3,40 дюймов до около 4,40 дюймов. Отношение толщины верхнего участка первой центральной стенки вблизи первого положения к толщине нижнего участка первой центральной стенки вблизи первого положения может составлять от около 1,34:1 до около 1,81:1. Отношение толщины верхнего участка второй центральной стенки вблизи второго положения к толщине нижнего участка второй центральной стенки вблизи второго положения может составлять от около 1,34:1 до около 1,81:1.
Другие аспекты настоящего изобретения могут относиться к надрессорной балке, в которой толщина верхнего участка первой центральной стенки вблизи первого положения может составлять от около 4,45 дюймов до около 5,45 дюймов, а толщина нижнего участка первой центральной стенки вблизи первого положения может составлять от около 2,42 дюймов до около 3,42 дюймов, и в которой толщина верхнего участка второй центральной стенки вблизи второго положения может составлять от около 4,45 дюймов до около 5,45 дюймов, а толщина нижнего участка второй центральной стенки вблизи второго положения может составлять от около 2,42 дюймов до около 3,42 дюймов. Отношение толщины верхнего участка первой центральной стенки вблизи первого положения к толщине нижнего участка первой центральной стенки вблизи первого положения может составлять от около 1,44:1 до около 1,95:1. Отношение толщины верхнего участка второй центральной стенки вблизи второго положения к толщине нижнего участка второй центральной стенки вблизи второго положения может составлять от около 1,44:1 до около 1,95:1.
Другие аспекты настоящего изобретения могут относиться к надрессорной балке, в которой толщина внутреннего участка нижней стенки вблизи первого положения может быть больше толщины внешнего участка нижней стенки вблизи первого положения, и в которой толщина внутреннего участка нижней стенки вблизи второго положения может быть больше толщины внешнего участка нижней стенки вблизи второго положения. В дополнение, толщина внутреннего участка нижней стенки вблизи первого положения может составлять от около 2,10 дюймов до около 2,60 дюймов, а толщина внешнего участка нижней стенки вблизи первого положения может составлять от около 0,85 дюймов до около 1,35 дюймов, и толщина внутреннего участка нижней стенки вблизи второго положения может составлять от около 2,10 дюймов до около 2,60 дюймов, а толщина внешнего участка нижней стенки вблизи второго положения может составлять от около 0,85 дюймов до около 1,35 дюймов. Отношение толщины внутреннего участка нижней стенки вблизи первого положения к толщине внешнего участка нижней стенки вблизи первого положения может составлять от около 1,82:1 до около 2,46:1, и отношение толщины внутреннего участка нижней стенки вблизи второго положения к толщине внешнего участка нижней стенки вблизи второго положения может составлять от около 1,82:1 до около 2,46:1. Толщина внутреннего участка нижней стенки вблизи первого положения может составлять от около 1,44 дюймов до около 1,94 дюймов, а толщина внешнего участка нижней стенки вблизи первого положения может составлять от около 1,18 дюймов до около 1,68 дюймов; и толщина внутреннего участка нижней стенки вблизи второго положения может составлять от около 1,44 дюймов до около 1,94 дюймов, а толщина внешнего участка нижней стенки вблизи второго положения может составлять от около 1,18 дюймов до около 1,68 дюймов. Отношение толщины внутреннего участка нижней стенки вблизи первого положения к толщине внешнего участка нижней стенки вблизи первого положения может составлять от около 1,05:1 до около 1,36:1, и отношение толщины внутреннего участка нижней стенки вблизи второго положения к толщине внешнего участка нижней стенки вблизи второго положения может составлять от около 1,05:1 до около 1,36:1.
Дополнительные аспекты настоящего изобретения могут относиться к надрессорной балке, в которой толщина внутреннего участка нижней стенки вблизи первого положения может составлять от около 2,06 дюймов до около 2,56 дюймов, а толщина внешнего участка нижней стенки вблизи первого положения может составлять от около 1,73 дюймов до около 2,23 дюймов, и толщина внутреннего участка нижней стенки вблизи второго положения может составлять от около 2,06 дюймов до около 2,56 дюймов, а толщина внешнего участка нижней стенки вблизи второго положения может составлять от около 1,73 дюймов до около 2,23 дюймов. Также отношение толщины внутреннего участка нижней стенки вблизи первого положения к толщине внешнего участка нижней стенки вблизи первого положения может составлять от около 1,05:1 до около 1,35:1, и отношение толщины внутреннего участка нижней стенки вблизи второго положения к толщине внешнего участка нижней стенки вблизи второго положения может составлять от около 1,05:1 до около 1,35:1.
Другие аспекты настоящего изобретения могут относиться к надрессорной балке для тележки железнодорожного вагона, которая может содержать верхнюю стенку, нижнюю стенку, переднюю стенку, заднюю стенку, первую пару карманов для фрикционных клиньев на первом конце надрессорной балки и вторую пару карманов для фрикционных клиньев на втором конце надрессорной балки. Надрессорная балка также может включать в себя первую центральную стенку, расположенную в направлении первого конца, находящуюся в зацеплении с верхней стенкой и нижней стенкой и по существу отцентрированную между передней стенкой и задней стенкой, вторую центральную стенку, расположенную в направлении второго конца, находящуюся в зацеплении с верхней стенкой и нижней стенкой и по существу отцентрированную между передней стенкой и задней стенкой, пару проемов окон для тормозного оборудования, образованных в передней и задней стенках стенками окон для тормозного оборудования, пару облегчающих окон, образованных в передней и задней стенках стенками облегчающих окон, и подпятниковый участок, образованный в центре надрессорной балки. Толщина верхнего участка первой центральной стенки может быть больше толщины нижнего участка первой центральной стенки, и толщина верхнего участка второй центральной стенки может быть больше толщины нижнего участка второй центральной стенки. Также толщина нижней стенки смежно с первой центральной стенкой может быть больше толщины нижней стенки смежно с передней стенкой и задней стенкой; и толщина нижней стенки смежно со второй центральной стенкой может быть больше толщины нижней стенки смежно с передней стенкой и задней стенкой. Отношение толщины верхнего участка первой центральной стенки к толщине нижнего участка первой центральной стенки может составлять от около 1,08:1 до около 1,95:1, и отношение толщины верхнего участка второй центральной стенки к толщине нижнего участка второй центральной стенки может составлять от около 1,08:1 до около 1,95:1.
Другие аспекты настоящего изобретения могут относиться к надрессорной балке, в которой отношение толщины нижней стенки смежно с первой центральной стенкой к толщине нижней стенки смежно с передней стенкой и задней стенкой может составлять от около 1,05:1 до около 2,46:1, и отношение толщины нижней стенки смежно со второй центральной стенкой к толщине нижней стенки смежно с передней стенкой и задней стенкой может составлять от около 1,05:1 до около 2,46:1.
Наконец, аспекты настоящего изобретения могут относиться к надрессорной балке для тележки железнодорожного вагона, которая может содержать верхнюю стенку, нижнюю стенку, переднюю стенку, заднюю стенку, первую пару карманов для фрикционных клиньев на первом конце надрессорной балки, вторую пару карманов для фрикционных клиньев на втором конце надрессорной балки, первую центральную стенку, расположенную в направлении первого конца, находящуюся в зацеплении с верхней стенкой и нижней стенкой и по существу отцентрированную между передней стенкой и задней стенкой; вторую центральную стенку, расположенную в направлении второго конца, находящуюся в зацеплении с верхней стенкой и нижней стенкой и по существу отцентрированную между передней стенкой и задней стенкой, и подпятниковый участок, образованный в центре надрессорной балки. Толщина нижней стенки смежно с первой центральной стенкой может быть больше толщины нижней стенки смежно с передней стенкой и задней стенкой, и толщина нижней стенки смежно со второй центральной стенкой может быть больше толщины нижней стенки смежно с передней стенкой и задней стенкой.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Сопровождающие чертежи, приведенные для обеспечения дополнительного понимания формулы изобретения, включены в описание и составляют часть этого описания. Подробное описание и проиллюстрированные варианты выполнения служат для объяснения принципов, определенных в формуле изобретения.
Фиг. 1A иллюстрирует вид в перспективе примерной надрессорной балки для тележки грузоподъемностью 70 тонн, как описано в настоящем раскрытии;
Фиг. 1B иллюстрирует вид в перспективе примерной надрессорной балки для тележки грузоподъемностью 110 тонн, как описано в настоящем раскрытии;
Фиг. 1C иллюстрирует вид в перспективе примерной надрессорной балки для тележки грузоподъемностью 125 тонн, как описано в настоящем раскрытии;
Фиг. 2 иллюстрирует вид сбоку примерной надрессорной балки;
Фиг. 3 иллюстрирует примерные операции при изготовлении надрессорной балки;
Фиг. 4A иллюстрирует вид в перспективе примерного стержня для изготовления надрессорной балки;
Фиг. 4B иллюстрирует вид сверху примерного стержня, показанного на Фиг. 4A;
Фиг. 4C иллюстрирует вид снизу примерного стержня, показанного на Фиг. 4A;
Фиг. 5 иллюстрирует вид сверху примерной надрессорной балки;
Фиг. 6A иллюстрирует продольный разрез примерной надрессорной балки, показанной на Фиг. 5, взятый вдоль линии 6A-6A;
Фиг. 6B иллюстрирует продольный разрез надрессорной балки известного уровня техники;
Фиг. 7A иллюстрирует поперечный разрез примерной надрессорной балки, показанной на Фиг. 5, по размеру «I», взятый вдоль линии 7A-7A;
Фиг. 7B иллюстрирует поперечный разрез надрессорной балки известного уровня техники;
Фиг. 8A иллюстрирует вид в перспективе поперечного разреза, показанного на Фиг. 7A; и
Фиг. 8B иллюстрирует вид в перспективе поперечного разреза, показанного на Фиг. 7B.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В следующем далее описании различных примерных конструкций в соответствии с изобретением сделана ссылка на сопровождающие чертежи, которые образуют его часть, и на которых в качестве иллюстрации показаны различные примерные устройства, системы и среды, в которых могут быть реализованы аспекты изобретения. Следует понимать, что могут быть использованы другие конкретные конфигурации частей, примерных устройств, систем и сред, и что структурные и функциональные модификации могут быть выполнены без отклонения от объема настоящего изобретения.
Также, хотя в настоящем документе для описания различных примерных признаков и элементов изобретения могут использоваться выражения «верхний», «нижний», «передний», «задний», «боковой» и т.п., эти выражения используются для удобства, например, они основаны на примерных ориентациях, показанных на фигурах, или ориентации во время типичного использования. Ничто в настоящем описании не следует толковать как требующее конкретной трехмерной ориентации конструкций для попадания в объем настоящего изобретения. Читателю следует понимать, что приложенные чертежи не обязательно изображены масштабе.
В настоящем описании используются следующие далее выражения, и, если не указано иное, или иное не понятно из контекста, эти выражения имеют значения, приведенные ниже.
Выражение «множество» при использовании в настоящем документе означает любое количество больше одного, дизъюнктивно или конъюнктивно, при необходимости до бесконечности.
Выражение «вблизи» при использовании в настоящем документе означает, что первый элемент расположен в пределах диапазона ±1 дюйм от второго элемента.
Выражение «по существу постоянный» при использовании в настоящем документе, когда оно относится к размеру, означает, что значение является приблизительно одинаковым и отклоняется не более чем на ±5%.
Фиг. 1 и 2 иллюстрируют примерную надрессорную балку 100, которая может использоваться в сочетании с боковой рамой (не показана) как часть тележки для железнодорожного вагона. Надрессорная балка 100 включает в себя основной участок 115 корпуса, имеющий верхнюю стенку 116, нижнюю стенку 117, переднюю стенку 118 и заднюю стенку 119, наряду с первым и вторым концевыми участками 104, 105. Основной участок 115 корпуса образует подпятниковый участок 107, расположенный в центре верхней стенки 116, на который опирается железнодорожный вагон. В передней и задней стенках 118, 119 может быть образована пара проемов 125 окон для тормозного оборудования стенками 126 окон для тормозного оборудования. В передней и задней стенках 118, 119 может быть образована пара облегчающих окон 120 стенками 121 облегчающих окон. Надрессорная балка 100 также может включать в себя пару центральных стенок 127, 128 (не показаны на Фиг. 1 и 2), одна из которых расположена в направлении первого конца 104, а другая расположена в направлении второго конца 105, и обе из которых находятся в зацеплении с верхней стенкой 116 и нижней стенкой 117 и по существу отцентрированы между передней стенкой 118 и задней стенкой 119. Первый и второй концевые участки 104, 105 выполнены с возможностью соединения с парой боковых рам (не показаны). В частности, каждый концевой участок 104, 105 расположен в проеме для надрессорной балки боковой рамы (не показано) и образует пару боковых опорных площадок 106, которые расположены под опорной поверхностью железнодорожного вагона. Каждый из первого и второго концевых участков 104, 105 может включать в себя пару карманов 110 для фрикционных клиньев. На каждой боковой стороне карманов 110 для фрикционных клиньев может быть расположена пара внутренней и внешней направляющих 108, 109.
Как описано выше, основной участок 115 корпуса надрессорной балки 100 может образовывать пару проемов 125 окон для тормозного оборудования, выполненных с возможностью обеспечения использования тормозной рычажной передачи. Эти окна также могут служить в качестве стержневых знаков для удержания стержня в форме при изготовлении надрессорной балки 100.
Фиг. 3 иллюстрирует примерные операции при изготовлении вышеописанной надрессорной балки 100.
На этапе 200 может быть изготовлена форма для изготовления надрессорной балки 100. Форма может включать в себя первую или нижнюю часть и вторую или верхнюю часть. Первая или нижняя часть формы может включать в себя полость, образованную в форме первой или нижней стороны надрессорной балки 100. Вторая или верхняя часть может включать в себя полость, образованную в форме второй или верхней стороны надрессорной балки 100.
Соответствующие части могут быть образованы путем обеспечения первой и второй моделей, которые образуют внешний периметр первой или нижней стороны и второй или верхней стороны соответственно надрессорной балки 100. Модели могут частично образовывать один или более путей подачи для распределения расплавленного материала в форме.
Форма также может включать в себя множество прибылей, которые выполнены за одно целое с надрессорной балкой 100 при заполнении формы расплавленным материалом. Прибыли могут представлять собой полые цилиндрические конструкции, которые заполняются расплавленным материалом во время операций литья. Прибыли могут быть расположены в областях формы, соответствующих более толстым областям надрессорной балки, которые охлаждаются медленнее, чем другие области надрессорной балки. Прибыли служат в качестве резервуаров с расплавленным материалом, которые компенсируют сжатие расплавленного материала при охлаждении расплавленного материала и, следовательно, могут предотвращать усадку или образование горячих трещин в отлитой надрессорной балке в более толстых областях, которые могли бы произойти в противном случае. Прибыли могут быть образованы в модели или могут быть помещены в модель перед формованием. Дополнительно, прибыли могут иметь любую форму, например, трубчатую форму, эллиптическую форму, форму боковых питателей или коническую форму. Прибыли могут быть выполнены из теплоизоляционного материала или экзотермического материала, который выделяет тепло, или могут быть выполнены из того же материала, что и форма. В качестве еще одного варианта прибыли могут выходить в атмосферу или могут быть глухими, если они не выходят в атмосферу. Примерные прибыли 160, 162 проиллюстрированы на надрессорной балке 100, показанной на Фиг. 5, 6A, 7A и 8A.
На этапе 205 изготавливают стержень 300 надрессорной балки, который образует внутреннюю область надрессорной балки 100, как показано на Фиг. 4A-4C. Стержень 300 надрессорной балки может включать в себя один или более участков. Например, стержень 300 надрессорной балки может включать в себя первый конец 304, второй конец 305, верхнюю поверхность 316, нижнюю поверхность 317, переднюю поверхность 318 и заднюю поверхность 319. Эти поверхности в сочетании с формой могут определять толщину верхней стенки 116, нижней стенки 117, передней стенки 118 и задней стенки 119. Стержень 300 надрессорной балки дополнительно образует пару стержней 325 проемов окон для тормозного оборудования и пару стержней 320 облегчающих окон, выступающих из каждой из передней и задней поверхностей 318, 319. Дополнительно, стержень 300 надрессорной балки может образовывать пару участков 330 центральных стенок, один из которых расположен в направлении первого конца 304, а другой расположен в направлении второго конца 305, и которые образованы проемами между верхней поверхностью 316 и нижней поверхностью 317 и по существу отцентрированы между передней поверхностью 318 и задней поверхностью 319. Пара участков 330 центральных стенок обеспечивает центральную стенку, продолжающуюся от верхней стенки 116 до нижней стенки 117 надрессорной балки 100. Также каждый участок 330 центральной стенки может включать в себя внешний конец 332 и внутренний конец 334. Участок 330 центральной стенки также может содержать скругленный участок 335 вблизи внутреннего конца 334 и сужающийся вытянутый участок 337, продолжающийся от скругленного участка 335 до внешнего конца 332, причем скругленный участок 335 может иметь большую ширину, чем любая ширина сужающегося вытянутого участка 337. Дополнительно, стержень 300 надрессорной балки может включать в себя нижнюю поверхность 317, которая может включать в себя множество карманов 341. Эти карманы могут обеспечивать локальную переменную толщину нижней стенки 117. Хотя стержень 300 надрессорной балки показан на Фиг. 4A-4C в виде цельного стержня, в других вариантах выполнения стержень 300 надрессорной балки может содержать множество соединенных стержней.
Стержень 300 надрессорной балки может быть изготовлен любым известным способом. В одном примере стержень 300 надрессорной балки может быть изготовлен с использованием стержневого ящика, который включает в себя верхнюю и нижнюю части, которые образуют стержень 300 надрессорной балки. Формовочный песок может быть помещен в стержневой ящик и отвержден. Затем стержневой ящик может быть удален для извлечения отвержденного стержня. Стержень 300 надрессорной балки может быть изготовлен по-отдельности, за одно целое или в определенном сочетании. Стержень 300 надрессорной балки может быть изготовлен в виде двух участков. Например, стержень 300 надрессорной балки может включать в себя верхний участок и нижний участок, изготовленные по-отдельности в отдельных стержневых ящиках (т.е. верхнюю форму и нижнюю форму). После отверждения изготовленные участки могут быть соединены. Например, верхний и нижний участки данного стержня могут быть склеены для получения стержня 300 надрессорной балки.
На этапе 210 стержень 300 надрессорной балки может быть вставлен в форму, и может быть отлита надрессорная балка 100. Например, стержень 300 надрессорной балки может быть вставлен в первую или нижнюю часть формы. Вторая или верхняя часть может быть размещена над первой частью и прикреплена к первой части с помощью зажимов, ремней и т.п. В связи с этим в первой части и второй части могут быть образованы позиционирующие элементы для обеспечения точного выравнивания соответствующих частей.
На этапе 215 после фиксации соответствующих частей расплавленный материал, например, расплавленная сталь, может быть залит в форму. Расплавленный материал может течь через литниковую систему и через форму в пространстве между формой и стержнем 300 надрессорной балки. Надрессорная балка 100 может быть выполнена из сплава углеродистой стали, который соответствует или превосходит класс B+ или альтернативно соответствует классу B, классу C Спецификации M-201 из Сборника стандартов и ведомственных нормалей (MSRP) Ассоциации американских железных дорог (AAR) (от 1/21/2016), которая включена в настоящий документ путем ссылки, или подобного стального сплава. Дополнительно, эта же спецификация может быть применена, если надрессорная балка 100 отлита из ковкого чугуна.
Прибыли 160, 162 могут быть оптимизированы по размеру для обеспечения оптимального количества питающего материала во время затвердевания расплавленного материала для предотвращения образования усадочных пустот и горячих трещин в критических областях надрессорной балки 100. Хотя прибыли могут иметь любую форму, прибыли 160 центральных стенок могут представлять собой экзотермические глухие прибыли, имеющие в общем усеченную коническую форму, тогда как прибыли 162 подпятника могут иметь в общем цилиндрическую форму. Прибыли 160, 162 в сочетании с локальной геометрией надрессорной балки 100 вокруг прибылей 160, 162 могут способствовать направленному затвердеванию надрессорной балки 100, при котором расплавленный материал начинает затвердевать в областях наименьшей температуры, которые могут быть наиболее удалены от положений питателей и прибылей, а затем затвердевание расплавленного материала распространяется в направлении областей наибольшей температуры, который могут быть расположены ближе всего к положениям питателей и прибылей. При затвердевании расплавленного материала дендритным образом в направлении положений прибылей расплавленный материал, который затвердевает последним, может содержать области повышенной усадки и пористости по сравнению с областями, которые затвердели первыми. Таким образом, прибыли 160, 162 в сочетании с локальной геометрией надрессорной балки 100 вокруг прибылей 160, 162 могут создавать локальные области повышенной плотности, уменьшенной пористости и улучшенной прочности в областях отливки, в которых расплавленный материал затвердел первым, по сравнению с областями, в которых расплавленный материал затвердел последним, расположенными ближе всего или в пределах прибылей 160, 162. Соответственно, надрессорная балка 100 может содержать локальные области большей плотности, уменьшенной пористости и увеличенной прочности, обозначенные затемненными областями «S», которые питаются прибылями 160, 162, показанными на Фиг. 6A, 7A и 8A.
Надрессорная балка 100 может подвергнута рентгеновскому контролю, ультразвуковому контролю, контролю с использованием компьютерной томографии или проверена с использованием других способов неразрушающего контроля для количественного определения размера дефектов отливки. Рентгеновское излучение может соответствовать документу ASTM E94-04 (2010) «Standard Guide for Radiographic Examination», который включен в настоящий документ путем ссылки, или другим способам проверки. Рентгенографические пленки могут быть оценены и исследованы в соответствии с документами ASTM E446-15 «Standard Reference Radiographs for Steel Castings Up to 2 in. (50.8 mm) in Thickness» или ASTM E186-15 «Standard Reference Radiographs for Heavy-Walled (2 to 412 in. (50.8 to 114 mm)) Steel Castings», которые включены в настоящий документ путем ссылки. Использование размеров, содержащихся в настоящем документе, в сочетании с прибылями для питания этих участков может привести к максимальным размерам усадочных дефектов в соответствии с Уровнем 2. В большинстве случаев усадочные дефекты меньше Уровня 1 при сравнении с критериями спецификации M-210 MSRP AAR (2013), которая включена в настоящий документ путем ссылки, стандарт прочности может соответствовать классу 1 или превышать его.
На этапе 220 надрессорную балку 100 извлекают из формы, и окончательно обрабатывают надрессорную балку 100. Например, может быть удален любой затвердевший материал в литниковой системе или прибылях. В некоторых реализациях форма может быть выполнена таким образом, что в материале прибыли образуется клин или выемка, немного выходящая за пределы внешней поверхности надрессорной балки 100. Клин или выемка позволяет отбить материал прибыли, вместо более времязатратной резки пламенем, используемой в известных операциях литья.
Фиг. 5, 6A, 7A и 8A иллюстрируют надрессорную балку 100 в частично литом состоянии. Выражение «литое состояние» относится к надрессорной балке 100 после извлечения ее из формы при наличии прибылей и других элементов, которые удаляются перед использованием надрессорной балки 100 на железнодорожном вагоне, или при отсутствии дополнительных элементов (например, обработанных отверстий или поверхностей), необходимых для использования на железнодорожном вагоне. Фиг. 5 иллюстрирует прибыли 160 центральных стенок, которые могут содержать первую прибыль 160 центральной стенки, расположенную на верхней поверхности верхней стенки 116 надрессорной балки 100 между подпятниковым участком 107 и первым концом 104, и вторую прибыль 160 центральной стенки, расположенную на верхней поверхности верхней стенки 116 надрессорной балки 100 между подпятниковым участком 107 и вторым концом 105. Кроме того, прибыли 160 центральных стенок могут быть расположены над центральными стенками 130. Прибыли 160 центральных стенок могут быть отцентрированы по существу по продольной осевой линии 102 надрессорной балки 100 и вблизи или смежно с положением внутреннего конца 134 центральной стенки 130. Дополнительно, на верхней поверхности подпятникового участка 107 могут быть расположены одна или более прибылей 162 подпятника.
Фиг. 6A иллюстрирует продольный разрез надрессорной балки 100, показанной на Фиг. 5, тогда как Фиг. 6B иллюстрирует аналогичный разрез надрессорной балки известного уровня техники. Разрез, показанный на Фиг. 6A, иллюстрирует центральную стенку 130, расположенную вблизи каждого из первого и второго концов 104, 105. Каждая центральная стенка 130 может содержать внешний конец 132, внутренний конец 134, верхний участок 136, соединяющийся с верхней стенкой 116, и нижний участок 138, соединяющийся с нижней стенкой 117. Каждая центральная стенка 130 может дополнительно содержать верхний внутренний переход 140, где верхний участок 136 соединяется с верхней стенкой 116 на внутреннем конце 134, и нижний внутренний переход 142, где нижний участок 138 соединяется с нижней стенкой 117 на внутреннем конце 134. Верхний внутренний переход 140 плавно продолжается от центрального участка 144 внутреннего конца 134 центральной стенки 130 до внутренней поверхности верхней стенки 116, так что продольное расстояние 146 от пересечения верхнего внутреннего перехода 140 и внутренней поверхности верхней стенки 116 до поперечной осевой линии 103 надрессорной балки 100 может быть меньше продольного расстояния 148 от центрального участка 144 внутреннего конца 134 до поперечной осевой линии 103 надрессорной балки 100. Подобным образом нижний внутренний переход 142 продолжается от центрального участка 144 внутреннего конца 134 центральной стенки 130 до внутренней поверхности нижней стенки 117, так что продольное расстояние 150 от пересечения нижнего внутреннего перехода 142 и внутренней поверхности нижней стенки 117 до поперечной осевой линии надрессорной балки 100 может быть меньше продольного расстояния 148 от центрального участка 144 внутреннего конца 134 до поперечной осевой линии 103 надрессорной балки 100. Нижний внутренний переход 142 может иметь толщину центрального участка (размер «E»), находящуюся на продольном расстоянии 148 и постепенно уменьшающуюся до по существу постоянной толщины нижней стенки (размер «F»), начинающейся на продольном расстоянии 150, причем толщина центрального участка (размер «E») больше постоянной толщины нижней стенки (размер «F»). Толщина нижнего внутреннего перехода также может быть выражена как отношение толщины центрального участка (размер «E») к постоянной толщине нижней стенки (размер «F»).
Кроме того, стенка 170 подпятникового участка 107 может иметь переменную толщину. Например, толщина стенки 170 подпятникового участка 107 вблизи или смежно с парой прибылей 162 подпятника и вблизи внешней стенки 172 подпятникового участка 107 может иметь размер «G», тогда как толщина стенки 170 вблизи центра подпятникового участка может иметь размер «H», причем размер «G» больше размера «H». Эти области переменной толщины могут находиться вблизи или смежно с положением прибыли 162 подпятника. Дополнительно, подпятниковый участок 107 может содержать две пары прибылей 162 подпятника.
Надрессорная балка 400 известного уровня техники, проиллюстрированная на Фиг. 6B, описана с использованием ссылочных позиций вида «4xx» для описания аналогичных элементов варианта выполнения, описанного выше с использованием ссылочных позиций вида «1xx». Таким образом, ссылочные позиции вида «4xx» могут быть описаны не полностью или не описаны вообще. Как показано на Фиг. 6B, центральное ребро 430 имеет по существу вертикальный внутренний конец 434, причем центральный участок 444, верхний участок 436 и нижний участок 438 внешнего конца 434 находятся на равном расстоянии от поперечной осевой линии 403 надрессорной балки 400.
Фиг. 7A и 8A иллюстрируют поперечный разрез через центральную стенку 130 в месте между подпятниковым участком 107 и первым концом 104, определенном размером «I», который определен как расстояние от поперечной осевой линии 103 надрессорной балки 100 до места разреза. Дополнительно, Фиг. 7A представляет поперечный разрез, проходящий через центральную стенку 130 в месте между подпятниковым участком 107 и вторым концом 105, определенном размером «I». Как описано выше, центральная стенка 130 может иметь верхний участок 136, нижний участок 138, центральный участок 144, переднюю поверхность 152 и заднюю поверхность 154. Передняя поверхность 152 и задняя поверхность 154 могут быть расположены под углом 155 относительно продольной осевой линии 102 надрессорной балки 100. Угол 155 может представлять собой острый угол, образованный между каждой из передней поверхности 152 и задней поверхности 154 и продольной осевой линией 102 надрессорной балки 100. Предпочтительно, угол 155 образован таким образом, что верхний участок 136 шире, чем нижний участок 138. Дополнительно, передняя и задняя поверхности 152, 154 могут иметь множество переходных поверхностей 156, расположенных на пересечении передней и задней поверхностей 152, 154 с внутренними поверхностями верхней стенки 116 и нижней стенки 117. Переходные поверхности 156 могут обеспечивать плавный переход между поверхностями 152, 154 центральной стенки 130 и внутренними поверхностями верхней стенки 116 и нижней стенки 117.
Верхний участок 136 центральной стенки 130 может иметь поперечную толщину (размер «A»), определенную как расстояние от пересечения передней поверхности 152 верхнего участка 136 центральной стенки 130 с внутренней поверхностью верхней стенки 116 до пересечения задней поверхности 154 верхнего участка 136 центральной стенки 130 с внутренней поверхностью верхней стенки 116. Подобным образом, нижний участок 138 может иметь поперечную толщину (размер «B»), определенную как расстояние от пересечения передней поверхности 152 нижнего участка 138 центральной стенки 130 с внутренней поверхностью нижней стенки 117 до пересечения задней поверхности 154 нижнего участка 138 центральной стенки 130 с внутренней поверхности нижней стенки 117. Поперечная толщина (размер «A») верхнего участка 136 центральной стенки 130 может быть больше поперечной толщины (размер «B) нижнего участка 138 центральной стенки 130. Уменьшающаяся толщина стенки обеспечивает дополнительную прочность вдоль верхнего участка 136 центральной стенки 130. Дополнительно, поперечная толщина может быть выражена как отношение толщины верхнего участка (размер «A») к толщине нижнего участка (размер «B»). Отношение «A/B:1» может находиться в пределах диапазона от 1,08:1 до 1,95:1 или альтернативно в пределах диапазонов, раскрытых ниже в Таблицах 1-3.
В дополнение, вблизи или смежно с положением, определенным размером «I», нижняя стенка 117 может иметь переменную толщину. Толщина (размер «C») может быть определена как толщина внутреннего участка нижней стенки 117, которая представляет собой расстояние от внутренней поверхности нижней стенки 117 вблизи пересечения с центральной стенкой 130 до внешней поверхности нижней стенки 117. Толщина (размер «D») может быть определена как толщина внешнего участка нижней стенки 117, которая представляет собой расстояние от внутренней поверхности нижней стенки 117 вблизи пересечения либо с передней стенкой 118, либо с задней стенкой 119 до внешней поверхности нижней стенки 117. Толщина нижней стенки может уменьшаться, так что толщина внутреннего участка (размер «C») вблизи пересечения с центральной стенкой 130 больше толщины внешнего участка (размер «D») вблизи передней стенки 118 или задней стенки 119. Дополнительно, толщина нижней стенки может быть выражена как отношение толщины внутреннего участка (размер «C») к толщине внешнего участка (размер «D»). Отношение «C/D:1» может находиться в пределах диапазона от 1,05:1 до 2,46:1 или в пределах диапазонов, раскрытых ниже в Таблицах 1-3.
При сравнении с поперечным разрезом надрессорной балки 400 известного уровня техники, показанным на Фиг. 7B и 8B, различия становятся очевидными, поскольку центральная стенка 430 известного уровня техники имеет постоянную толщину, при этом верхний участок 436 центральной стенки 430 (размер «A») имеет ту же толщину, что и нижний участок 438 центральной стенки, (размер «B»). Дополнительно, надрессорная балка 400 также имеет постоянную толщину нижней стенки 417, при этом размер «C» и размер «D» являются по существу одинаковыми.
Поскольку тележки железнодорожного вагона могут иметь разную грузоподъемность, надрессорная балка 100 может иметь разные размеры в соответствии с разной грузоподъемностью тележек, например, для тележки грузоподъемностью 70 тонн, тележки грузоподъемностью 110 тонн и тележки грузоподъемностью 125 тонн. Примерные диапазоны вышеописанных размеров надрессорной балки 100 в соответствии с настоящим изобретением приведены ниже в Таблице 1:
Таблица 1: Примерные диапазоны размеров надрессорной балки 100
ТЕЛЕЖКА ГРУЗОПОДЪЕМНОСТЬЮ 70 ТОНН
ТЕЛЕЖКА ГРУЗОПОДЪЕМНОСТЬЮ 110 ТОНН
ТЕЛЕЖКА ГРУЗОПОДЪЕМНОСТЬЮ 125 ТОНН
РАЗМЕР
мин.
макс.
мин.
макс.
мин.
макс.
(дюймы)
(дюймы)
(дюймы)
(дюймы)
(дюймы)
(дюймы)
A
4,60
5,60
5,65
6,65
4,45
5,45
B
3,51
4,51
3,40
4,40
2,42
3,42
C
2,10
2,60
1,44
1,94
2,06
2,56
D
0,85
1,35
1,18
1,68
1,73
2,23
E
0,70
1,20
1,34
1,84
1,31
1,81
F
0,67
1,17
1,02
1,52
1,02
1,52
G
0,75
1,25
0,87
1,37
1,24
1,74
H
0,75
1,25
0,87
1,37
1,03
1,53
I
28,75
31,75
28,75
31,75
28,25
31,25
Отношение A/B:1
1,08
1,46
1,34
1,81
1,44
1,95
Отношение C/D:1
1,82
2,46
1,05
1,36
1,05
1,35
В приведенной выше Таблице 1 описаны некоторые общие диапазоны размеров, которые могут использоваться, и характеристик, которыми могут обладать некоторые конкретные примеры надрессорной балки 100 в соответствии с настоящим изобретением. Надрессорная балка 100 не обязательно должна иметь размеры и характеристики, которые находятся в пределах всех диапазонов, указанных для каждой грузоподъемности в Таблице 1, чтобы попадать в объем настоящего изобретения.
В приведенной ниже Таблице 2 обеспечены дополнительные, более конкретные диапазоны размеров, по меньшей мере некоторыми из которых могут обладать по меньшей мере некоторые примерные надрессорные балки 100 в соответствии с настоящим изобретением:
Таблица 2: Примерные диапазоны размеров надрессорной балки 100
ТЕЛЕЖКА ГРУЗОПОДЪЕМНОСТЬЮ 70 ТОНН
ТЕЛЕЖКА ГРУЗОПОДЪЕМНОСТЬЮ 110 ТОНН
ТЕЛЕЖКА ГРУЗОПОДЪЕМНОСТЬЮ 125 ТОНН
РАЗМЕР
мин.
макс.
мин.
макс.
мин.
макс.
(дюймы)
(дюймы)
(дюймы)
(дюймы)
(дюймы)
(дюймы)
A
4,85
5,35
5,90
6,40
4,70
5,20
B
3,76
4,26
3,65
4,15
2,67
3,17
C
2,23
2,35
1,57
1,82
2,19
2,44
D
0,97
1,22
1,31
1,56
1,85
2,10
E
0,82
1,07
1,47
1,72
1,43
1,68
F
0,79
1,04
1,14
1,39
1,15
1,40
G
0,87
1,12
1,00
1,25
1,37
1,62
H
0,87
1,12
1,00
1,25
1,16
1,41
I
29,50
31,00
29,50
31,00
29,00
30,50
Отношение A/B:1
1,17
1,36
1,46
1,70
1,57
1,82
Отношение C/D:1
1,98
2,30
1,09
1,27
1,08
1,26
Различные диапазоны, приведенные в Таблице 2, являются лишь примерами. Надрессорная балка 100 не обязательно должна иметь размеры или характеристики, которые удовлетворяют всем указанным диапазонам, чтобы попадать в объем настоящего изобретения.
В Таблице 3 приведены еще более конкретные размеры и характеристики надрессорной балки 100 в соответствии с конкретным примером настоящего изобретения. Разумеется, надрессорная балка 100 не обязательно должна иметь эти конкретные размеры и/или характеристики, чтобы попадать в объем настоящего изобретения.
Таблица 3: Примерные диапазоны размеров надрессорной балки 100
РАЗМЕРЫ
ТЕЛЕЖКА ГРУЗОПОДЪЕМНОСТЬЮ 70 ТОНН
ТЕЛЕЖКА ГРУЗОПОДЪЕМНОСТЬЮ 110 ТОНН
ТЕЛЕЖКА ГРУЗОПОДЪЕМНОСТЬЮ 125 ТОНН
(дюймы)
(дюймы)
(дюймы)
A
5,1
6,2
5,0
B
4,0
3,9
2,9
C
2,4
1,7
2,3
D
1,1
1,4
2,0
E
1,0
1,6
1,6
F
0,9
1,3
1,3
G
1,0
1,1
1,5
H
1,0
1,1
1,3
I
30,25
30,25
29,75
Отношение A/B:1
1,27
1,58
1,70
Отношение C/D:1
2,14
1,18
1,17
Хотя в приведенных выше таблицах указаны конкретные размеры, характеристики и/или диапазоны размеров и характеристик, специалисту в данной области техники будет понятно, что эти размеры и диапазоны являются примерами, которые могут использоваться в по меньшей мере некоторых примерах настоящего изобретения. Различные изменения диапазонов и конкретных размеров и характеристик могут использоваться без отклонения от настоящего изобретения.
Хотя описаны различные варианты выполнения, специалисту в данной области техники будет понятно, что возможно гораздо больше вариантов выполнения и реализаций, которые находятся в пределах объема формулы изобретения. Различные описанные выше размеры являются лишь примерными и при необходимости могут быть изменены. Соответственно, специалисту в данной области техники будет понятно, что возможно гораздо больше вариантов выполнения и реализаций, которые находятся в пределах объема формулы изобретения. В связи с этим описанные варианты выполнения предназначены для облегчения понимания формулы изобретения и не ограничивают объем формулы изобретения.