РАМА БОКОВАЯ ТЕЛЕЖКИ ГРУЗОВОГО ВАГОНА

Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта в части конструкции литых рам боковых тележек грузовых вагонов.
К оптимизации конструкции литых деталей тележек грузовых вагонов, например боковых рам, относится повышение усталостной прочности за счет уменьшения значений механических напряжений в конструкции, что способствует увеличению долговечности детали и безопасности эксплуатации тележки грузового вагона в целом.
Для оптимизации конструкции боковой рамы также выполняют стенки разной толщиной в зависимости от воспринимаемой нагрузки.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является боковая рама грузового вагона, выполненная в виде стальной отливки и состоящая из верхнего и нижнего горизонтальных поясов, соединенных между собой вертикальными колонками, образующими совместно с горизонтальными поясами рессорный проем, в нижней части которого расположена опорная поверхность для установки пружинного комплекта, наклонных поясов, сопряженных с нижним поясом и горизонтальными опорными участками челюстных проемов, имеющих наружные и внутренние челюстные направляющие, образующие буксовый проем (№ RU 102577 от 26.11.2010). В данной конструкции рамы боковой вертикальная боковая стенка внутренней челюстной направляющей выполнена по всей высоте одинаковой толщины.
Недостатком данной конструкции является наличие концентратора напряжений от действующих вертикальных сил на вертикальной боковой стенке внутренней челюстной направляющей в районе внутреннего радиуса буксового проема.
Технический результат полезной модели заключается в повышении усталостной прочности рамы боковой за счет снижения величины механических напряжений, что, в свою очередь, способствует увеличению долговечности детали.
Рама боковая тележки грузового вагона, выполненная в виде стальной отливки, как и в наиболее близком аналоге, состоит из верхнего и нижнего горизонтальных поясов, соединенных между собой вертикальными колонками, образующими совместно с верхним и нижним горизонтальными поясами рессорный проем, наклонных поясов, сопряженных с верхним и нижним поясами, горизонтальных надбуксовых участков, буксового проема, образованного наружными и внутренними челюстными направляющими, при этом внутренняя челюстная направляющая представляет собой коробчатую конструкцию, состоящую из вертикальных боковых стенок, нижней полки наклонного пояса и вертикальной упорной стенки буксового проема.
Заявляемая полезная модель отличается от прототипа тем, что на внутренних поверхностях вертикальных боковых стенок внутренних челюстных направляющих выполнены утолщения в направлении от нижних полок наклонных поясов вверх до вертикальных упорных стенок буксовых проемов. Расстояние H от нижней границы утолщения вертикальной боковой стенки внутренней челюстной направляющей до горизонтального надбуксового участка выполнено в диапазоне от 60 мм до 120 мм. Нижняя граница утолщения вертикальной боковой стенки внутренней челюстной направляющей расположена под углом α к нижней полке наклонного пояса в диапазоне от 15° до 35°. Утолщение вертикальной боковой стенки внутренней челюстной направляющей образовано наклонной поверхностью с углом наклона β к вертикали в диапазоне от 20° до 40°. Переходы наклонной поверхности утолщения в вертикальную боковую стенку внутренней челюстной направляющей и в нижнюю полку наклонного пояса выполнены закругленными с радиусами R1 и R2 в диапазоне от 10 мм до 30 мм.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где
на фиг. 1 представлен общий вид рамы боковой;
на фиг. 2 представлен местный вид А на фиг. 1 с отображением перехода толщины вертикальной боковой стенки внутренней челюстной направляющей;
на фиг. 3 представлен местный разрез Б–Б на фиг. 2;
на фиг. 4 представлены поля распределения растягивающих главных напряжений в вертикальной боковой стенке, выполненной без утолщения;
на фиг. 5 представлены поля распределения растягивающих главных напряжений в вертикальной боковой стенке, выполненной с утолщением.
Рама боковая тележки грузового вагона (фиг. 1) выполнена в виде стальной отливки, состоящей из верхнего 1 и нижнего 2 горизонтальных поясов, соединенных между собой вертикальными колонками 3, образующими совместно с верхним 1 и нижним 2 горизонтальными поясами рессорный проем 4, наклонных поясов 5, сопряженных с верхним 1 и нижним 2 поясами, горизонтальных надбуксовых участков 6, буксового проема 7, образованного наружными 8 и внутренними 9 челюстными направляющими. Внутренняя челюстная направляющая 9 представляет собой коробчатую конструкцию, состоящую из двух вертикальных боковых стенок 10, нижней полки 11 наклонного пояса 5 и вертикальной упорной стенки 12 буксового проема 7.
На фиг. 2, 3 показана геометрия утолщений 13, выполненных на внутренней поверхности вертикальных боковых стенок 10 в верхней части внутренней челюстной направляющей 9, увеличивающих толщину вертикальных боковых стенок 10 в направлении снизу вверх, от вертикальной упорной стенки 12 буксового проема 7 до нижней полки 11 наклонного пояса 5.
Положение нижней границы 14 утолщения 13 каждой вертикальной боковой стенки 10 в продольном расположении определено углом α, измеренным относительно нижней полки 11 наклонного пояса 5. Угол α выполнен в диапазоне от 15° до 35°. Местоположение нижней границы 14 утолщения 13 на нижней полке 11 наклонного пояса 5 определено расстоянием H, измеренным относительно горизонтального надбуксового участка 6. Значения расстояния H находятся в диапазоне от 60 мм до 120 мм. Тем самым, обеспечивается наиболее приближенное местоположение к внутреннему радиусу буксового проема 7 нижней границы 14 утолщения 13 на вертикальной упорной стенке 12 буксового проема 7.
Утолщения 13 вертикальных боковых стенок 10 в поперечном расположении образованы наклонной поверхностью 15 с углом наклона β в диапазоне от 20° до 40°, измеренным относительно вертикали. Переходы наклонной поверхности 15 утолщения 13 в вертикальную боковую стенку 10, с одной стороны, и в нижнюю полку 11 наклонного пояса 5, с другой стороны, выполнены закругленными с радиусами R1 и R2, соответственно.
Результаты расчета на прочность рамы боковой показали, что при значениях параметров H, α и β меньше нижних границ указанных диапазонов происходит недостаточное снижение концентрации механических напряжений. Превышение значений параметров H, α и β верхних границ указанных диапазонов приводит к образованию избыточной прочности и нецелесообразному увеличению массы рамы боковой.
Радиусы R1 и R2 переходов утолщения 13 вертикальной боковой стенки 10 выполнены в диапазоне от 10 мм до 30 мм. Минимальное значение радиусов R1 и R2 выбрано для обеспечения снижения вероятности образования концентраторов механических напряжений. Значение радиусов R1 и R2 свыше 30 мм приведет к нерациональному увеличению массы рамы боковой.
На фиг. 4, 5 представлены сравнительные результаты расчета на прочность по III расчетному режиму в соответствии с ГОСТ 33211-2014 в виде полей распределения растягивающих главных напряжений, которые являются одной из основных причин образования усталостных трещин. На фиг. 5 видно, что рациональное исполнение вертикальной боковой стенки 10 внутренней челюстной направляющей 9 рядом с внутренним радиусом буксового проема 7 в виде утолщения 13 приводит к уменьшению механических напряжений.
Применение предлагаемой полезной модели позволит изготовить рациональную конструкцию рамы боковой с выполнением утолщения каждой вертикальной боковой стенки внутренней челюстной направляющей каждого буксового проема, что обеспечит снижение механических напряжений в конструкции и повышение прочности детали.
Предлагаемую полезную модель используют следующим образом.
Рама боковая тележки грузового вагона служит для передачи нагрузок от кузова вагона на колесные пары. Нагрузка от кузова вагона через пятник передается на подпятник надрессорной балки тележки и далее через пружинный комплект на опорные площадки пружинных комплектов рам боковых. Вертикальная боковая стенка внутренней челюстной направляющей выполнена с утолщением, расположенным своей верхней точкой рядом с внутренним радиусом буксового проема рамы боковой. Геометрия утолщения обеспечивает снижение величины механических напряжений в вертикальной боковой стенке внутренней челюстной направляющей рядом с внутренним радиусом буксового проема рамы боковой.
Таким образом, предлагаемая конструкция рамы боковой тележки грузового вагона обеспечивает заявленный технический результат – повышение усталостной прочности и увеличение долговечности рамы боковой.