РАМА ГРУЗОВОГО ВАГОНА

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту и касается конструкции рам грузовых вагонов, в частности конструкции концевых балок рам вагонов-платформ.
Особенностью рам грузовых вагонов, например, вагонов-платформ, не имеющих боковых продольных балок, является то, что продольная нагрузка в таких рамах не перераспределяется между поперечными балками рамы. При этом концевые балки рамы испытывают большие напряжения по сравнению с грузовыми вагонами, например, вагонами-платформами, имеющими боковые продольные балки. Конструкция концевых балок должна обеспечивать прочность при воздействии вертикальных нагрузок от силы тяжести груза, продольных инерционных нагрузок и нагрузок, передающихся через автосцепное устройство.
Известна рама вагона-платформы (CN 206552039, B61D 3/20, B61F 1/02, опубл. 13.10.2017), содержащая хребтовую балку и концевые балки, содержащие верхний лист и нижний лист, соединенные между собой внешними и внутренними вертикальными листами.
Известна концевая балка рамы грузового вагона (RU 188280, B61F 1/10, опубл. 04.04.2019), содержащая верхний лист и нижний лист, выполненный с изгибом, соединенные между собой вертикальными листами. Внутри концевой балки закреплены поперечные усиливающие ребра и продольные усиливающие ребра. Такое исполнение образует закрытую коробчатую конструкцию с поперечными и продольными усиливающими ребрами, форма которых не имеет плавных переходов, равномерно распределяющих возникающую в концевой балке рамы продольную и поперечную нагрузки. Кроме того, между верхним листом и нижним листом закреплен промежуточный лист. Таким образом, конструкция концевой балки рамы имеет большой вес, сложность сборки из-за большого количества деталей, входящих в конструкцию и большое количество сварных элементов.
Общей технической проблемой данных технических решений является большой вес, сложность сборки из-за большого количества деталей, входящих в конструкцию и большое количество сварных элементов, негативно влияющих на эксплуатационные характеристики конструкции рамы грузового вагона.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение эксплуатационных характеристик конструкции рамы грузового вагона.
Технический результат обеспечивается рамой грузового вагона, включающей хребтовую балку и концевые балки, при этом каждая концевая балка содержит верхний лист, нижний лист, выполненный с изгибом, внешний вертикальный лист, внутренний вертикальный лист, и поперечные ребра, соединяющие верхний и нижний листы, внешний вертикальный и внутренний вертикальный листы, в которой между хребтовой балкой и концевой балкой установлены раскосы, закрепленные торцами к вертикальным стенкам хребтовой балки, к верхнему листу и внутреннему вертикальному листу концевой балки в зоне промежуточного поперечного ребра, при этом каждый раскос закреплен под углом α к хребтовой балке в диапазоне от 30° до 80°, каждый внутренний вертикальный лист концевой балки рамы выполнен с вырезом в зоне установки упоров автосцепного устройства хребтовой балки рамы.
В качестве развития полезной модели внешний вертикальный лист концевой балки рамы может быть выполнен переменной толщины; внешний вертикальный лист концевой балки рамы может быть выполнен толщиной центральной части превышающей толщины его крайних частей; место соединения нижнего листа концевой балки рамы с хребтовой балкой может быть снабжено элементом жесткости; раскосы могут быть выполнены переменной высоты; раскосы могут быть выполнены с расширением в зоне закрепления торцов к вертикальным стенкам хребтовой балки рамы и к внутреннему вертикальному листу концевой балки рамы; каждый раскос может быть выполнен с изгибом; каждый внутренний вертикальный лист концевой балки рамы может быть выполнен с вырезом в зоне между закреплением промежуточного поперечного ребра и центрального поперечного ребра; каждое центральное поперечное ребро концевой балки рамы может быть выполнено с вырезом.
Заявляемая полезная модель отличается от прототипа тем, что между хребтовой балкой и концевой балкой установлены раскосы, закрепленные торцами к хребтовой балке, к верхнему листу и внутреннему вертикальному листу концевой балки в зоне промежуточного поперечного ребра, при этом каждый раскос закреплен под углом α к хребтовой балке в диапазоне от 30° до 80°, каждый внутренний вертикальный лист концевой балки рамы выполнен с вырезом в зоне установки упоров автосцепного устройства хребтовой балки рамы, каждое центральное поперечное ребро концевой балки рамы выполнено с вырезом; внешний вертикальный лист концевой балки рамы может быть выполнен переменной толщины; внешний вертикальный лист концевой балки рамы может быть выполнен толщиной центральной части превышающей толщины его крайних частей; место соединения нижнего листа концевой балки рамы с хребтовой балкой рамы может быть снабжено элементом жесткости; раскосы могут быть выполнены переменной высоты; раскосы могут быть выполнены с расширением в зоне закрепления торцов к вертикальным стенкам хребтовой балки рамы и к внутреннему вертикальному листу концевой балки рамы; каждый раскос может быть выполнен с изгибом, каждый внутренний вертикальный лист концевой балки рамы может быть выполнен с вырезом в зоне между закреплением промежуточного поперечного ребра и центрального поперечного ребра; каждое центральное поперечное ребро концевой балки рамы может быть выполнено с вырезом. Такое отличие от прототипа дает основание утверждать о соответствии предлагаемого технического решения критерию патентоспособности полезной модели - «новизна».
Заявляемое техническое решение поясняется графическими изображениями, где на фиг. 1 показан фрагмент рамы грузового вагона, главный вид; на фиг. 2 - тоже, вид сверху; на фиг. 3 - вид А фиг. 1; на фиг. 4 - сечение Б-Б фиг. 2; на фиг. 5 - выносной элемент В фиг. 3; на фиг. 6 - сечение Г-Г фиг. 4; на фиг. 7 - фрагмент рамы грузового вагона, изометрическая проекция; на фиг 8 - график зависимости максимальных напряжений, возникающих в местах крепления раскосов к концевой и хребтовой балкам, от угла установки раскоса относительно хребтовой балки, МПа.
Рама грузового вагона включает хребтовую балку 1 и концевые балки 2. Хребтовая балка 1 рамы включает стенки 1.1. Каждая концевая балка 2 рамы содержит верхний лист 3, нижний лист 4, выполненный с изгибом, внешний вертикальный лист 5, внутренний вертикальный лист 6 и поперечные ребра 7, соединяющие верхний лист 3 и нижний лист 4.
Технический результат заявляемой полезной модели, заключающийся в повышении эксплуатационных характеристик конструкции рамы грузового вагона, обеспечивается следующим образом.
Между хребтовой балкой 1 и концевой балкой 2 установлены раскосы 8, закрепленные торцами к вертикальным стенкам 1.1 хребтовой балки 1 в зоне закрепления торца внутреннего усиливающего элемента 1.2, к верхнему листу 3 и внутреннему вертикальному листу 6 концевой балки 2 в зоне промежуточного поперечного ребра 7.1, при этом каждый раскос 8 закреплен под углом α к хребтовой балке 1 в диапазоне от 30° до 80°, каждый внутренний вертикальный лист 6 выполнен с вырезом 6.1 в зоне установки упоров автосцепного устройства хребтовой балки 1 рамы.
Наличие раскоса 3 обеспечивает распределение вертикальных нагрузок от контейнера на хребтовую балку 1 рамы и обеспечивает увеличение сечения верхнего листа 3 концевой балки 2 рамы по длине грузового вагона для увеличения прочности при передаче инерционных нагрузок от контейнера на хребтовую балку 1 рамы при соударении. Выполнение угла α между хребтовой балкой 1 рамы и раскосом 8 концевой балки 2 рамы с выходом за указанные граничные значения диапазона не обеспечит достижение технического результата, т.к. при значениях угла α менее 30° максимальные напряжения в хребтовой балке 1 превышают допускаемые, а при значениях угла α более 80° максимальные напряжения в концевой балке 2 превышают допускаемые напряжения, что видно из графика зависимости максимальных напряжений, возникающих в местах крепления раскосов 8 к концевой балке 2 и хребтовой балке 1, от величины угла α закрепления раскоса 8 относительно хребтовой балки 1, кроме того приведет к избыточному весу конструкции концевой балки 2 рамы.
Каждый внутренний вертикальный лист 6 концевой балки 2 выполнен с вырезом 6.1 в зоне хребтовой балки 1 рамы. Указанная зона внутреннего вертикального листа 6 не несет значительных эксплуатационных нагрузок, что позволяет удалить металл для снижения веса концевой балки 2 рамы. Кроме того, такое исполнение обеспечивает технологичность и контроль сборки концевой балки 2 и установки упоров автосцепного устройства рамы грузового вагона. Все это влияет на эксплуатационные характеристики конструкции рамы грузового вагона.
Такое исполнение заявляемой полезной модели удовлетворяет требованиям прочности концевой балки 2 рамы грузового вагона, при воздействии статической силы от массы, например, перевозимого контейнера, от которой балка изгибается вниз относительно хребтовой балки 1 рамы, и силы инерции, например, перевозимого контейнера при соударении грузового вагона, от которой концевая балка 2 рамы изгибается в продольном направлении. А также обеспечивает снижение веса концевой балки 2 рамы и рамы грузового вагона в целом, исключая большое количество деталей конструкции концевой балки 2 рамы, обеспечивает высокую технологичность сборки и удобство для проведения технического контроля за счет доступа к внутренним швам концевой балки 2 рамы и заклепкам упоров автосцепного устройства, исключения большого количества сварных элементов. Все это положительно влияет на эксплуатационные характеристики конструкции рамы грузового вагона.
Внешний вертикальный лист 5 концевой балки 2 рамы может быть выполнен переменной толщины с толщиной центральной части 5.1, превышающей толщины его крайних частей 5.2. Такое исполнение внешнего вертикального листа 5 обеспечивает увеличение несущей способности как внешнего вертикального листа 5, так и концевой балки в целом, компенсируя значительные напряжения, возникающие в центральной части 5.1 внешнего вертикального листа 5, исключая установку множества дополнительных усиливающих элементов внешнего вертикального листа 5. При этом центральная часть 5.1 внешнего вертикального листа 5 соединена с его крайними частями 5.2 сварным соединением с расположением сварных швов под наклоном к вертикали, что увеличивает длину сварных швов и, тем самым, повышает эксплуатационные характеристики конструкции рамы грузового вагона за счет положительного влияния на прочность и надежность соединения.
Кроме того, место соединения нижнего листа 4 концевой балки 2 рамы с хребтовой балкой 1 рамы может быть снабжено элементом жесткости 9 для усиления указанного места соединения и обеспечения жесткости внешнего вертикального листа 5. Использование элемента жесткости 9 концевой балки 2 рамы позволяет более равномерно перераспределять внутренние механические напряжения, тем самым снижает внутренние механические напряжения, исключает изломы в указанных местах, что влияет на повышение эксплуатационных характеристик рамы грузового вагона.
Выполнение нижнего листа 4 с изгибом позволяет обеспечить выполнение концевой балки 2 переменной высоты, что, в свою очередь, обеспечивает наиболее эффективное сочетание массовых и прочностных характеристик, дает возможность воспринимать без разрушения все эксплуатационные нагрузки и не увеличивать массу узла. Это также обеспечивает повышение эксплуатационных характеристик рамы грузового вагона
Раскосы 8 могут быть выполнены переменной высоты, с расширением в зоне закрепления торцов к вертикальным стенкам 1.1 хребтовой балки 1 и к внутреннему вертикальному листу 6 концевой балки 2. Такое исполнение обеспечивает необходимую и достаточную длину сварного шва в зонах закрепления торцов раскосов 8 к хребтовой балке в зоне внутреннего поперечного ребра 1.2, и к концевой балке 2 в зонах промежуточных поперечных ребер 7.1, соответственно, для обеспечения их жесткости при сохранении оптимального веса концевых балок 2 рамы. Каждый раскос 8 может быть выполнен с изгибом 8.1. Наличие изгиба 8.1 раскоса 8 обеспечивает перпендикулярное закрепление торца раскоса 8 к внутреннему вертикальному листу 6 концевой балки 2 в зоне промежуточного поперечного ребра 7.1, что делает сварное соединение наиболее надежным и значительно повышает прочность концевых частей концевой балки 2, а также позволяет выполнить верхний лист 3 с достаточным расширением, исключая установку дополнительных усиливающих элементов, и обеспечивает его сопряжение с хребтовой балкой 1 рамы по радиусу для исключения концентратора напряжений.
В вариантах исполнения полезной модели каждый внутренний вертикальный лист 6 выполнен с вырезом 6.2 в зоне между закреплением промежуточного поперечного ребра 7.1 и центрального поперечного ребра 7.2, каждое центральное поперечное ребро 7.2 концевой балки 2 выполнено с вырезом 7.2.1. Такое исполнение обеспечивает технологичность сборки концевой балки 2 рамы, удобство технического осмотра и ремонтопригодность в эксплуатации, кроме того, данная зона не несет значительных эксплуатационных нагрузок, что позволяет удалить металл для снижения веса концевой балки 2 рамы и повышения эксплуатационных характеристик рамы грузового вагона в целом.
Раму грузового вагона изготавливают путем последовательной сборки хребтовой балки 1 и концевых балок 2. Элементы каждой концевой балки 2 выполняют из листового металлопроката и последовательно, сварным соединением осуществляют установку нижнего листа 4, выполненного с изгибом, внешнего вертикального листа 5, внутреннего вертикального листа 6 и поперечных ребер 7, и затем устанавливают верхний лист 3 и между хребтовой балкой 1 и концевой балкой 2 устанавливают раскосы 8.