СОЧЛЕНЁННЫЙ ВАГОН

Заявляемая полезная модель относится к области железнодорожного транспорта, в частности к конструкциям железнодорожных грузовых сочленённых вагонов.
Из уровня техники известен узел сочленения двух секций грузового сочленённого вагона, включающих продольные центральные балки, а также концевые балки, соединённые с центральными балками, при этом секции соединены узлом сочленения (см. RU 183582,  МПК B61D 3/10, опубл. 26.09.2018).
Технической проблемой, присущей приведённому аналогу, является низкая прочность конструкции узла сочленения. Обусловлена данная техническая проблема тем, что в конструкции узла сочленения отсутствуют пятниковая и поводковая части, установленные внутри продольных центральных балок секций и соединённых с ними. Данный факт приводит к уменьшению площади сварных швов, которыми узел сочленения соединяется с секциями, что приводит к снижению прочности конструкции сочленённого вагона в целом.
В качестве наиболее близкого аналога принята рама секции сочленённого вагона-платформы сочленённого типа, содержащая продольную центральную балку, а также концевую балку с нижним листом, соединённую с продольной центральной балкой, при этом в продольной центральной балке размещена поводковая часть узла сочленения (см. RU 111274, МКПО 12-03, опубл. 28.09.2018).
Технической проблемой, присущей наиболее близкому аналогу, является низкая прочность конструкции секции в зоне крепления поводковой части узла сочленения. Обусловлена данная техническая проблема тем, что в зоне соединения нижнего листа концевой балки с поводковой частью узла сочленения отсутствует вырез под приварку. Данный факт приводит к снижению площади сварных швов в зоне крепления поводковой части узла сочленения и снижению прочности конструкции в целом.
Технический результат – повышение прочности конструкции сочленённого вагона.
Достигается заявленный технический результат сочленённым вагоном, содержащим две секции, установленные на две концевые тележки и одну среднюю общую тележку, размещенную под узлом сочленения, соединяющим секции. Каждая из секций включает раму, содержащую продольную центральную балку, а также концевую балку с нижним листом, соединённую с соответствующей продольной центральной балкой. В продольной центральной балке одной из секций закреплена поводковая часть узла сочленения, а в продольной центральной балке другой секции закреплена пятниковая часть узла сочленения. В нижнем листе концевой балки одной из секций выполнен сквозной вырез для приварки нижнего листа к поводковой части узла сочленения, а в нижнем листе концевой балки другой секции выполнен сквозной вырез для приварки нижнего листа к пятниковой части узла сочленения. Длина каждого выреза выполнена в диапазоне от 50 мм до 500 мм, а ширина в диапазоне от 20 мм до 300 мм.
Заявляемая полезная модель отличается от наиболее близкого аналога тем, что в нижнем листе концевой балки одной из секций выполнен сквозной вырез для приварки нижнего листа к поводковой части узла сочленения, а в нижнем листе концевой балки другой секции выполнен сквозной вырез для приварки нижнего листа к пятниковой части узла сочленения. Длина каждого выреза выполнена в диапазоне от 50 мм до 500 мм, а ширина в диапазоне от 20 мм до 300 мм, тем самым обеспечивается соответствие заявляемой полезной модели условию патентоспособности «новизна».
За счёт того, что в нижнем листе концевой балки одной из секций выполнен сквозной вырез для приварки нижнего листа к поводковой части узла сочленения, а в нижнем листе концевой балки другой секции выполнен сквозной вырез для приварки нижнего листа к пятниковой части узла сочленения, при этом длина каждого выреза выполнена в диапазоне от 50 мм до 500 мм, а ширина в диапазоне от 20 мм до 300 мм конструкция сочленённого вагона становится более прочной.
Оптимальная длина и оптимальная ширина выреза подобраны исходя из прочностного расчёта для обеспечения условия прочности конструкции сочленённого вагона в зонах приварки нижних листов концевых балок секций к поводковой и пятниковой частям узла сочленения.
Расчет произведен в соответствии с ГОСТ 33211-2014. Размеры выреза в нижнем листе концевой балки определены на основании расчетов на статическую прочность и сопротивление усталости. Режимом, определяющим статическую прочность зон приварки нижних листов концевых балок к поводковой и пятниковой частям узла сочленения, является режим «Удар 3,5 МН». Допускаемые напряжения согласно ГОСТ 33211-2014 и ГОСТ 19281-2014 для этого режима – 325 МПа. Критерием выполнения требований ГОСТ 33211 на сопротивление усталости является минимально допускаемый коэффициент запаса усталостной прочности – 1,5.
По результатам проведённого расчёта установлено, что при длине выреза, равной 50 мм, и ширине выреза, равной 20 мм, обеспечивается необходимая статическая и усталостная прочность зон приварки нижних листов концевых балок секции к поводковой и пятниковой частям узла сочленения, так как максимальные напряжения ниже допускаемых, а коэффициент запаса усталостной прочности больше 1,5 согласно ГОСТ 33211-2014. При длине выреза, равной 500 мм, обеспечивается снижение напряжений на 70 МПа относительно максимально допустимых значений, а при ширине выреза, равной 300 мм, увеличивается коэффициент запаса усталостной прочности более чем в два раза от минимально допускаемого значения. Дальнейшее увеличение длины и ширины вырезов нецелесообразно с точки зрения избыточной длины сварных швов.
В предпочтительном варианте реализации сквозной вырез в нижнем листе концевой балки секции выполнен в виде прямоугольника с закругленными вершинами. Скругление вершин прямоугольного выреза позволяет снизить концентрацию напряжений, что также дополнительно повышает прочность конструкции сочленённого вагона.
Заявляемая полезная модель поясняется иллюстративным материалом, где на фиг. 1 представлен общий вид сочленённого вагона; на фиг. 2 представлен вид, иллюстрирующий зону соединения секций сочленённого вагона; на фиг. 3 представлен вид А на фиг. 2; на фиг. 4 представлен вид, иллюстрирующий вырезы на нижних листах концевых балок; на фиг. 5 представлена зависимость максимальных напряжений в нижнем листе концевой балки в месте приварки поводковой или пятниковой части от длины выреза; на фиг. 6 представлена зависимость коэффициента запаса усталостной прочности от ширины выреза.
Сочленённый вагон содержит две секции 1 (Фиг. 1), установленные на две концевые тележки 2 и на одну среднюю общую тележку 3, размещённую под узлом 4 сочленения, соединяющим секции. Каждая из секций 1 включает раму, содержащую продольную центральную балку 5 (Фиг. 2), а также концевую балку 6  (Фиг. 3) с нижним листом 7, соединённую с соответствующей продольной центральной балкой 5. В продольной центральной балке 5 рамы одной из секций закреплена поводковая часть 8 (Фиг. 4) узла 4 сочленения, а в продольной центральной балке 5 рамы другой секции закреплена пятниковая часть 9 узла 4 сочленения. В нижнем листе 7 концевой балки 6 одной из секций выполнен сквозной вырез 10 для приварки нижнего листа 7 к поводковой части 8 узла сочленения 4, а в нижнем листе 7 концевой балки 6 другой секции выполнен сквозной вырез 10 для приварки к пятниковой части 9 узла сочленения 4. Длина А каждого выреза 10 выполнена в диапазоне от 50 мм до 500 мм, а ширина B в диапазоне от 20 мм до 300 мм. Вырез 10 в нижнем листе 7 концевой балки 6 каждой секции сочленённого вагона может быть выполнен в виде прямоугольника с закругленными вершинами.