ХРЕБТОВАЯ БАЛКА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Область техники, к которой относится полезная модель
[0001] Предложенная полезная модель относится к хребтовым балкам рам железнодорожных транспортных средств, в частности грузовых вагонов, например, вагонов-платформ.
Уровень техники
[0002] Из уровня техники известна хребтовая балка вагона-платформы 13-7133, см., например, https://www.kvsz.com/index.php/ru/produktsiya/gruzovoe-vagonostroenie/ vagony-platformy/item/2366-vagon-platforma-model-13-7133-i-13-7133-01, включающая в себя стенку и имеющая средний участок, представляющий собой участок уширения и содержащий два сегмента переменной высоты и сегмент постоянной высоты, расположенный между сегментами переменной высоты.
[0003] Из уровня техники известна хребтовая балка, раскрытая в патенте России № 186435 на полезную модель, опубл. 21.01.2019 г., принятая в качестве наиболее близкого аналога и включающая в себя стенку и имеющая средний участок, представляющий собой участок уширения, при этом в стенке выполнено множество отверстий, расположенных в среднем участке и на нейтральной линии хребтовой балки.
[0004] Недостатком известных устройств является их повышенная масса.
[0005] Техническая проблема заключается в создании устройства, котором устранены недостатки аналогов.
Раскрытие сущности полезной модели
[0006] Технический результат заключается в снижении массы хребтовой балки железнодорожного транспортного средства, у которой имеется участок уширения в средней части, при сохранении её прочности.
[0007] Технический результат достигается за счёт того, что хребтовая балка включает в себя стенку и имеет средний участок, представляющий собой участок уширения, при этом в стенке выполнено множество отверстий, расположенных в среднем участке и на нейтральной линии хребтовой балки и расстояние S между которыми составляет не менее 120 мм.
[0008] В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что центры отверстий расположены на нейтральной линии.
[0009] В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что один из диаметров каждого отверстия расположен вдоль нейтральной линии.
[0010] В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что расстояние S между отверстиями составляет не более 1100 мм.
Краткое описание чертежей
[0011] Вариант выполнения предложенного технического решения характеризуется чертежом, где на:
[0012] фиг. 1 представлен его общий вид,
[0013] фиг. 2 представлен его вид сбоку,
[0014] фиг. 3 представлена зависимость эквивалентных напряжений, возникающих в хребтовой балке, от величины расстояния между отверстиями.
Осуществление полезной модели
[0015] На фиг. 1 представлен общий вид хребтовой балки 1 рамы вагона-платформы. Хребтовая балка 1 выполнена симметричной, имеет коробчатое сечение и включает в себя верхнюю полку 2, ориентированную горизонтально, две нижние полки 3, ориентированные горизонтально, и две боковые стенки 4, ориентированные вертикально и соединённые с верхней полкой 2 и нижними полками 3 посредством по меньшей мере одной известной из уровня техники сборочной операции, например, сваркой.
[0016] На фиг. 2 представлен вид сбоку на хребтовую балку 1. Хребтовая балка 1 поделена условно на два концевых участка 5 и средний (центральный, промежуточный) участок 6, расположенный между концевыми участками 5, примыкающий своими концами к концевым участкам 5 и представляющий собой участок уширения хребтовой балки 1. Высота среднего участка 6 больше высоты каждого из концевых участков 5 и выполнена переменной.
[0017] Средний участок 6 условно поделён на два сегмента 7 переменной высоты (или «участок 7 переменного по высоте сечения») и сегмент 8 постоянной высоты (или «участок 8 постоянного по высоте сечения»), расположенный между сегментами 7 переменной высоты и примыкающий к ним. Условные границы участков 5, 6 и сегментов 7, 8 обозначены пунктирными линиями.
[0018] Для снижения массы хребтовой балки 1 в боковых стенках 4 выполнено множество отверстий 9, расположенных в сегментах 7, 8 среднего участка 6 хребтовой балки 1 и на нейтральных линиях 10 профиля каждой из стенок 4 и имеющий разные размеры и формы, при этом в каждом сегменте 7 переменной высоты выполнено два отверстия 9, а в каждом сегменте 8 постоянной высоты - пять отверстий 9. Каждое отверстие 9, расположенное в каждом сегменте 7 переменной высоты, имеет форму овала, продольная ось которого лежит на нейтральной линии 10. Расположение отверстий 9 вдоль нейтральной линии 10 способствует сохранению прочности боковых стенок 4 благодаря её нулевым нормальным напряжениям. Соответственно, чем ближе отверстия 9 находятся к нейтральной линии 10 (по её траектории), тем меньше интенсивность внутренних усилий на краю отверстий 9. Благодаря данному подходу достигается максимально возможное увеличение размера отверстий 9 и, соответственно, уменьшение массы хребтовой балки 1 и тары вагона при сохранении остальных оптимальных параметров конструкции хребтовой балки 1 и вагона, таких, как прочность, надёжность, усталость, а также динамические качества.
[0019] Со ссылкой на фиг. 3, минимальное расстояние S между отверстиями 9 составляет не менее 120 мм, для обеспечения заданной прочности конструкции хребтовой балки 1 и рамы в целом. Расчёты показали, что дальнейшее уменьшение данного расстояния приводит к потере прочности хребтовой балки. Экономия металла при изготовлении единицы составляет порядка 0,5 т. Также расчёты показали, что отверстия в сегментах 7 переменной высоты позволили снизить массу и материалоёмкость хребтовой балки 1 при сохранении её прочности, что привело к снижению массы тары, которое составляет за счёт применения данного решения порядка 0,2 т при сохранении оптимальных параметров прочности, усталости и устойчивости рамы. Максимальное расстояние S между отверстиями 9 составляет не более 1100 мм, т.к. при выполнении отверстий на большем расстоянии не будет достигаться снижение массы хребтовой балки по сравнению с ближайшим аналогом.
[0020] Решение технической проблемы и достижение технического результата продемонстрированы выше на предпочтительном варианте выполнения предложенного технического решения со ссылкой на чертежи. Специалисту в данной области техники очевидны иные варианты выполнения предложенного технического решения с использованием иных известных из уровня техники материально-технических средств. Ниже представлены возможные варианты выполнения некоторых признаков предложенного технического решения.
[0021] В других вариантах выполнения предложенного технического решения по меньшей мере одна верхняя полка 2 и/или по меньшей мере одна нижняя полка 3 может представлять собой деталь, например, лист или полку (например, тавра или двутавра), сборочную единицу, например, по меньшей мере два листа или полки (например, тавра или двутавра), соединённых посредством по меньшей мере одной известной из уровня техники сборочной операции, например, сваркой, или по меньшей мере два расположенных на заданном расстоянии друг от друга элемента, например, полки (например, тавра, двутавра или зетового профиля).
[0022] В других вариантах выполнения предложенного технического решения по меньшей мере одна стенка 4 может представлять собой по меньшей мере один лист и/или по меньшей мере одну часть другого элемента, например, стенку зетового профиля.
[0023] В других вариантах выполнения предложенного технического решения по меньшей мере одна стенка 4 может включать в себя множество отверстий 9, при этом для достижения максимального снижения массы предложенного технического решения при сохранении остальных оптимальных параметров необходимо, чтобы в каждом из сегментов 7, 8 было выполнено по меньшей мере одно отверстие 9. Дополнительно, для снижения массы предложенного технического решения при сохранении его прочности центр по меньшей мере одного или каждого отверстия 9 может быть расположен на нейтральной линии 10 и/или один из диаметров по меньшей мере одного или каждого отверстия 9 на по меньшей мере одном или каждом сегменте 7, 8 среднего участка 6 может быть расположен вдоль нейтральной линии 10.
[0024] В других вариантах выполнения предложенного технического решения по меньшей мере одно отверстие 9 по меньшей мере одной стенки 4 может иметь иную форму, например, круга, эллипса, параллелограмма со скруглёнными сторонами, параллелограмма со скруглёнными углами и т.п.
[0025] Предложенное техническое решение может быть использовано в известных из уровня техники железнодорожных транспортных средствах, например, в грузовых вагонах, в частности, вагонах платформах. При снижении массы и материалоёмкости очевидно снижается масса тары и повышается грузоподъёмность железнодорожного транспортного средства. Кроме того, конструкция предложенного технического решения переменной высоты по длине позволяет обеспечить уменьшение массы с сохранением прочности, поскольку предложенное решение соответствует эпюре изгибающего момента, возникающего в эксплуатации.
[0026] Позиции на чертеже:
1 - хребтовая балка
2 - верхняя полка
3 - нижняя полка
4 - стенка
5 - концевой участок
6 - средний (центральный) участок
7 - сегмент переменной высоты
8 - сегмент постоянной высоты
9 - отверстие
10 - нейтральная линия