Передний упор автосцепного устройства

Заявляемая полезная модель относится к области железнодорожного транспорта, в частности к конструкциям передних упоров автосцепных устройств.
Из уровня техники известен передний упор автосцепного устройства (Патент России на изобретение № 2654458, опубликован 17.05.2018), содержащий упорные угольники, каждый из которых имеет упорные площадки на торцах, горизонтально расположенные выступающие элементы в виде рёбер на внешних сторонах боковых стенок.
К недостатку описанного выше технического решения следует отнести раздельную конструкцию упора, состоящую из отдельно отлитых угольников и ударной розетки, соединённых посредством сварки. Вследствие технологических операций кантовки во время сборки хребтовой балки сварной шов, удерживающий розетку и угольник, испытывает нагрузку, значительно превышающую прочностные характеристики шва. Также недостатком известного переднего упора является его высокая металлоёмкость.
Кроме того, известен передний упор автосцепного устройства (Авторское свидетельство СССР № 1092079, опубликовано 30.09.1982), содержащий розетку, объединённую с упорными частями, в которой выполнены сопряжённые с гнездами вертикальные отверстия для установки маятниковых подвесок, выполненные с уширенными в плане частями, обращенными в противоположные стороны от оси упора, причём розетка выполнена с парой дополнительных гнёзд для размещения маятниковых подвесок.
Наиболее близким техническим решением по совокупности существенных признаков к заявляемой полезной модели является передний упор УП1-1 автосцепного устройства (ГОСТ Р 52916-2008 «Упоры автосцепного устройства для грузовых и пассажирских вагонов. Общие технические условия». Дата введения 01.01.2009), принятый за прототип, содержащий розетку, соединённую с упорными частями, причём на упорных частях выполнены отверстия под заклёпку.
К недостатку описанных выше технических решений, в том числе прототипа, следует отнести высокую металлоёмкость переднего упора.
Предлагаемой полезной моделью решается техническая проблема высокой металлоёмкости переднего упора.
Технический результат заключается в снижении металлоёмкости переднего упора автосцепного устройства при сохранении его прочности.
Технический результат достигается тем, что передний упор автосцепного устройства содержит ударную розетку, соединённую с упорными угольниками, при этом в каждом упорном угольнике, со стороны крепления ударной розетки, выполнены отверстия, причем отверстия выполнены друг под другом, при этом на внешней стороне упорных угольников между отверстиями выполнены усиливающие рёбра.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что отверстия выполнены прямоугольной формы со скругленными углами.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что в каждом упорном угольнике выполнено три отверстия.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что ширина каждого отверстия задана из диапазона от 30 до 150 мм.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что высота каждого отверстия задана из диапазона от 20 до 60 мм.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что толщина усиливающих рёбер выполнена с сужением от зоны ударной поверхности упорного угольника к зоне крепления ударной розетки.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что наибольший размер толщины каждого усиливающего ребра задан из диапазона от 12 до 30 мм.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что наименьший размер толщины каждого усиливающего ребра задан из диапазона от 8 до 18 мм.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежами, на которых показано:
Фиг.1 – общий вид переднего упора автосцепного устройства, где 1 – ударная розетка, 2 – упорные угольники, 3 – прямоугольные отверстия со скругленными углами, 4 – усиливающие рёбра;
1
2
Фиг.2 – передний упор автосцепного устройства, вид сбоку, где 1 – ударная розетка, 2 – упорный угольник, 3 – прямоугольные отверстия со скругленными углами, 4 – усиливающие рёбра, А – ширина прямоугольного отверстия 3, С – высота прямоугольного отверстия 3, H – наибольший размер толщины усиливающего ребра 4, H– наименьший размер толщины усиливающего ребра 4;
Фиг.3 – поля распределения эквивалентных напряжений в переднем упоре автосцепного устройства при первом расчетном случае (вид спереди, вид сзади, изометрия), где 1 – ударная розетка, 2 – упорные угольники, 3 – прямоугольные отверстия со скругленными углами, 4 – усиливающие рёбра;
Фиг.4 – поля распределения эквивалентных напряжений в переднем упоре автосцепного устройства при втором расчетном случае (вид спереди, вид сзади, изометрия), где 1 – ударная розетка, 2 – упорные угольники, 3 – прямоугольные отверстия со скругленными углами, 4 – усиливающие рёбра;
Фиг.5 – поля распределения эквивалентных напряжений в переднем упоре автосцепного устройства при третьем расчетном случае (вид спереди, вид сзади, изометрия), где 1 – ударная розетка, 2 – упорные угольники, 3 – прямоугольные отверстия со скругленными углами, 4 – усиливающие рёбра.
1
2
Передний упор автосцепного устройства содержит ударную розетку 1, соединённую с упорными угольниками 2. В каждом упорном угольнике 2, со стороны крепления ударной розетки 1, выполнены отверстия 3. Отверстия 3 выполнены друг под другом. На внешней стороне упорных угольников 3 между отверстиями 3 выполнены усиливающие рёбра 4. В каждом упорном угольнике 3 выполнены три отверстия 4, при этом отверстия 3 выполнены прямоугольной формы со скругленными углами. Ширина (А) каждого прямоугольного отверстия 3 со скругленными углами задана из диапазона от 30 до 150 мм, а высота (С) задана из диапазона от 20 до 60 мм. Толщина (H) усиливающих рёбер 4 выполнена с сужением от зоны 2.1 ударной поверхности упорного угольника 2 к зоне 2.2 крепления ударной розетки 1. Наибольший размер толщины (H) каждого усиливающего ребра 4 задан из диапазона от 12 до 30 мм, а наименьший размер толщины (H) задан из диапазона от 8 до 18 мм.
За счёт выполнения в каждом упорном угольнике 2, со стороны крепления ударной розетки 1, отверстий 3, расположенных друг под другом, и усиливающих рёбер 4, между отверстиями 3 обеспечивается снижение металлоёмкости переднего упора, при этом сохраняется его прочность. Сохранение прочности переднего упора подтверждено расчетом прочности, который был проведён в соответствии с ТР ТС 001/2011 Технический регламент таможенного союза «О безопасности железнодорожного подвижного состава», ГОСТ 33211-2014 «Вагоны грузовые. Требования к прочности и динамическим качествам» и ГОСТ 33434-2015 «Устройство сцепное и автосцепное железнодорожного подвижного состава. Технические требования и правила приемки». Расчёт выполнен с использованием метода конечных элементов, реализованного в специализированной программной системе конечно-элементного анализа Siemens NX. Подготовка данных о топологии конечно-элементной расчётной схемы, вычисление напряжений в элементах, распределение нагрузок в конструкции, а также построение полей напряжённо-деформированных состояний производились с использованием прикладного программного обеспечения. Оценка прочности упора проведена в соответствии с расчетными режимами согласно ГОСТ 33434-2015:
- на действие продольной силы растяжения, равной 2,5 МН (первый расчетный случай);
- на действие вертикальной силы, равной 400 кН, действующей на крепление ударной розетки 1 (второй расчетный случай);
- на действие вертикальной силы, равной 350 кН (третий расчетный случай).
В качестве зон измерений значений эквивалентных напряжений в элементах переднего упора были выбраны зоны, наиболее нагруженные для рассматриваемого расчетного режима. Поля распределения эквивалентных напряжений в элементах переднего упора при действии расчетных нагрузок представлены на фигурах 3-5. Из фигур видно, что значения напряжений в наиболее нагруженных зонах не превышают предельно допустимые (234 МПа).
Количество отверстий 3 обусловлено наличием в каждом упорном угольнике 2 трех областей, потенциально возможных для реализации выборки материала. Расположение отверстий 3 обусловлено тем, что, согласно расчёту, они находятся в наименее нагруженной зоне. Прямоугольная форма отверстий 3 со скруглёнными углами обусловлена тем, что геометрически площадь такой фигуры больше, чем площадь эллиптической фигуры с теми же габаритами.
При заданных диапазонах ширины (А) и высоты (С) каждого прямоугольного отверстия 3 со скругленными углами обеспечивается снижение металлоёмкости переднего упора при сохранении его прочности. При ширине (А) менее 30 мм и высоте (С) менее 20 мм снижение металлоёмкости будет не значительным. При ширине (А) отверстия 3 более 150 мм и высоте (С) более 60 мм снижается прочность переднего упора.
1
2
1
2
1
2
1
2
Выполнение рёбер 4 переменной толщины H и H, а именно выполнение с сужением от зоны ударной поверхности 2.1 упорного угольника 2 к зоне крепления ударной розетки 2.2, также обеспечивает снижение металлоёмкости переднего упора. При заданных диапазонах наибольшего H и наименьшего H размера толщины каждого усиливающего ребра 4 также обеспечивается снижение металлоёмкости переднего упора при сохранении его прочности. При толщине H менее 12 мм и H менее 8 мм снижается прочность переднего упора. При толщине H более 30 мм и H более 18 мм снижение металлоёмкости будет не значительным.
Таким образом, как показано в вышеприведённом описании полезной модели, достигается технический результат, заключающийся в снижении металлоёмкости переднего упора при сохранении его прочности.
Предложенное техническое решение может быть использовано в известных из уровня техники автосцепных устройствах грузовых вагонов.