ФИТИНГОВЫЙ УПОР

Полезная модель относится к контейнерным перевозкам на железнодорожном транспорте, а именно к конструкции устройств, используемых для фиксации контейнеров на железнодорожных платформах посредством фитинговых упоров.
Предлагаемая полезная модель может быть использована в железнодорожных вагонах-платформах, а также для других видов специализированного транспорта, предназначенного для транспортировки контейнеров: автомобильного, водного и т.п.
Известен фитинговый упор, содержащий базирующий палец с головкой и ножкой, закрепленной в основании и выполненной с задней наклонной направляющей поверхностью и передней вертикальной поверхностью, головка выполнена с передней наклонной направляющей поверхностью и задней вертикальной направляющей поверхностью, между задней вертикальной направляющей поверхностью головки и задней наклонной направляющей поверхностью ножки выполнен паз-углубление, сформированный стенкой и верхней стенкой, стенка паза-углубления сопряжена с верхней стенкой паза-углубления и с задней наклонной направляющей поверхностью ножки по радиусам в диапазоне от 0,5 до 20 мм (RU 205995 U, МПК В60Р 7/13, B61D 3/18, опубликован 13.08.2021 г.). Данная конструкция устройства выбрана в качестве прототипа.
Недостатком прототипа является высокая концентрация напряжений в зонах поверхностей, выполненных прямолинейно: в зоне соединения базирующего пальца с основанием - передняя вертикальная поверхность ножки, в зоне верха головки - задняя вертикальная направляющая поверхность головки, а также сопряжение задней вертикальной стенки головки с наклонной задней стенкой головки без плавного перехода, что при использовании фитинга в разных эксплуатационных режимах может служить причиной более быстрого его износа в этих местах, или излома.
Технический результат заключается в повышении прочностных характеристик фитингового упора за счет исключения концентраторов напряжений в вертикальных поверхностях головки и ножки упора, и между сопрягающимися поверхностями, а так же за счет преобразования структуры металла в вертикальных поверхностях головки и ножки упора.
Указанный технический результат достигается за счет того, что фитинговый упор содержит базирующий палец с головкой и ножкой, закрепленной в плите-основании, и выполненной с задней наклонной направляющей поверхностью и передней вертикальной поверхностью, головка выполнена с передней наклонной направляющей поверхностью, задней вертикальной поверхностью и наклонной задней стенкой, причем задняя наклонная направляющая поверхностью ножки и задняя наклонная стенка головки образуют паз-углубление, при этом переход наклонной задней стенки головки в заднюю наклонную направляющую поверхность ножки выполнен по радиусу R, равному 9±1 мм, передняя вертикальная поверхность ножки выполнена по радиусу Rн вогнутой формы, равному 120±5 мм, а задняя вертикальная поверхность головки выполнена по радиусу Rг выпуклой формы, равному 55±5 мм, кроме этого, все поверхности сопряжены межу собой плавными переходами, а базирующий палец выполнен ковкой или штамповкой.
Упор и плита-основание фитингового упора выполнены в виде отдельных деталей и затем жестко неразъемно соединены посредством сварки. При этом плита-основание может быть изготовлена как методом литья, так и методом ковки/штамповки. А упор может быть изготовлен методом ковки или штамповки, что дополнительно дает возможность добиться геометрии изогнутых поверхностей и плавных переходов, а так же снизить концентраторы напряжений, за счет - «преобразования дендритной структуры литого металла в волокнистую структуру кованого металла», согласно информации Охрименко Я.М. Технология кузнечно-штамповочного производства. Учебник для вузов. Изд. 2, перераб. и доп. М, «Машиностроение», 1976 г., 560 с., с. 206-207.
Полезная модель поясняется фигурами, где на фиг. 1 - изображен фитинговый упор, на фиг. 2 - изображен разрез А-А на фиг. 1, на фиг. 3 - объемное изображение фитингового упора, на фиг. 4, фиг. 5 - результаты экспериментального исследования - расчет фитингового упора на прочность от действия нагрузки с учетом продольных сил инерции.
Фитинговый упор содержит базирующий палец 1 с головкой 2 и ножкой 3. Головка 2 базирующего пальца 1 выполнена с передней наклонной направляющей поверхностью 2.1, задней вертикальной поверхностью 2.2, выполненной по радиусу Rг выпуклой формы и с наклонной задней стенкой 2.3. Ножка 3 базирующего пальца 1 жестко, при помощи сварного соединения, закреплена в плите-основании 4, для чего в плите-основании 4 предварительно выполнено отверстие (поз. не показана) под размер ножки 3. Ножка 3 базирующего пальца 1 выполнена с передней вертикальной поверхностью 3.1, изготовленной по радиусу Rн вогнутой формы и с задней наклонной направляющей поверхностью 3.2. В нижней части ножка выполнена со скосами по всему периметру (поз. не показана) для удобства монтажа с плитой-основанием.
Задняя наклонная направляющая поверхность 3.2 ножки 3 и наклонная задняя стенка 2.3 головки 2 образуют паз-углубление 5. Переход 6 (скругление) наклонной задней стенки 2.3 головки 2 в заднюю наклонную направляющую поверхность 3.2 ножки 3 выполнен по радиусу R.
В верхней части головки 2 может быть выполнено центровочное отверстие (поз. не показана) для удобства позиционирования фитингового упора на транспортном средстве при монтаже.
Фитинговые упоры предназначены для фиксации контейнеров на железнодорожных платформах и других видов специализированного транспорта, предназначенного для транспортировки контейнеров и должны представлять собой прочные и надежные элементы конструкций.
Передняя вертикальная поверхность 3.1 ножки 3 базирующего пальца 1 непосредственно отвечает за надежное зацепление фитинга контейнера и его удержание фитинговым упором в режиме транспортировки.
Исполнение передней вертикальной поверхности 3.1 вогнутой формы по радиусу 120±5 мм снижает концентраторы напряжений в зоне соединения базирующего пальца 1 с плитой-основанием 4, а так же при изготовлении базирующего пальца 1 ковкой или штамповкой, способствует преобразованию структуры металла в волокнистую с расположением волокон вдоль базирующего пальца 1 от плиты-основания 4 к верху головки 2, что упрочняет металл в этом месте и способствует снижению износа и вероятности образования микротрещин.
Проведением теоретических расчетов и экспериментальными исследованиями подтвержден выбор вогнутой формы вертикальной поверхности 3.1 ножки 3 по радиусу 120±5 мм, задней вертикальной поверхности 2.2 головки 2 выпуклой формы по радиусу 55±5 мм, переход задней стенки 2.3 головки 2 в заднюю направляющую поверхность 3.2 ножки 3 по радиусу 9±1 мм. Выбранное значение радиусов 120 мм, 55 мм и 9 мм наглядно подтверждается расчетом фитингового упора на прочность от действия нагрузки с учетом продольных сил инерции выполненного в ПК ANSYS и представленному на фиг. 4, фиг. 5. Анализ и оценка результатов осуществлены путем сравнения полученных эквивалентных напряжений по Мизесу (энергетическая теория прочности).
Оптимальной величиной радиуса Rн является 120 мм, а отклонения в меньшую (до 115 мм) или большую (до 125 мм) сторону является допуском на технологию изготовления. При этом уменьшение размера радиуса менее 115 мм повышает возможность излома базирующего пальца, а увеличение размера радиуса более 125 мм не приведет к серьезному снижению концентраторов напряжений, но приведет к необоснованному удорожанию конструкции в связи с нюансами изготовления криволинейной поверхности.
Выполнение задней вертикальной поверхности 2.2 выпуклой формы по радиусу Rг 55±5 мм снижает концентраторы напряжений в зоне головки 2 и при изготовлении базирующего пальца 1 ковкой или штамповкой, способствует преобразованию структуры металла в волокнистую с расположением волокон вдоль базирующего пальца 1 от плиты-основания 4 к верху головки 2, что, в свою очередь, изменяет структуру металла в этом месте и способствует снижению износа, а также снижает вероятность образованию микротрещин. Проведением теоретических расчетов и экспериментальными исследованиями подтвержден выбор выпуклой формы задней вертикальной поверхности 2.2 головки 2 и оптимальный радиус 55 мм. Расчет фитингового упора на прочность от действия нагрузки с учетом продольных сил инерции представлен на фиг. 4, фиг. 5. Отклонения размера радиуса в меньшую (до 50 мм) или большую (до 60 мм) сторону является допуском на технологию изготовления. При этом увеличение размера радиуса более 60 мм может способствовать замятию фитинга контейнера при его установке/снятии с фитингового упора, а снижение размера радиуса более 50 мм не приводит к серьезному снижению концентрации напряжений при изготовлении и эксплуатации фитингового упора, но ведет к необоснованному удорожанию конструкции в связи с нюансами изготовления криволинейной поверхности. Следовательно, оптимальной величиной радиуса Rг является 55 мм, а отклонения в меньшую (до 50 мм) или большую (до 60 мм) сторону являются допуском на технологию изготовления.
Исполнение перехода наклонной задней стенки 2.3 в заднюю наклонную направляющую поверхность 3.2 ножки 3 по радиусу R 9 мм снижает концентрацию напряжений присутствующих в фитинговых упорах, где данный переход выполнен в виде прямой стенки. При радиусе перехода менее 8 мм может происходить зацеп фитинга контейнера при демонтаже фитинга контейнера, а так же при снятии контейнеров при помощи погрузчиков или непредвиденных/аварийных ситуациях с обрывом тросов и пр. (Согласно требованиям ГОСТ 20259-80 Межгосударственный стандарт. Контейнеры универсальные. Общие технические условия.), что в итоге приведет к повреждению фитинга контейнера или фитингового упора, вплоть до его излома. А выполнение данного радиуса размером более 10 мм приводит к снижению надежности фитингового упора при удержании контейнера от опрокидывания вследствие ветровых нагрузок при транспортировке. Оптимальной величиной радиуса R является 9 мм, а отклонения в меньшую (до 8 мм) или большую (до 10 мм) сторону являются допуском на технологию изготовления.
Выполнение плавных сопряжений между всеми поверхностями позволяет равномерно распределить возникающие механические напряжения при использовании предлагаемого фитингового упора и снизить риск появления микротрещин по сравнению с более острыми гранями, способных привести в конечном итоге к повреждению и излому фитингового упора.
Кроме того, выполнение базирующего пальца 1 с передней вертикальной поверхностью 3.1 ножки 3 вогнутой формы по радиусу Rн 120 мм и задней вертикальной поверхности 2.2 головки 2 выпуклой формы по радиусу Rг 55 мм, с переходом наклонной задней стенки 2.3 в заднюю направляющую поверхность ножки 3.2 по радиусу R 9 мм методом штамповки или методом ковки способствует преобразованию структуры металла в волокнистую продольно ориентированную структуру металла, что увеличивает прочность фитингового упора.
Рассмотрим принцип работы фитингового упора и роль основных поверхностей фитингового упора при его эксплуатации. Фитинговый упор относится к устройствам крепления контейнеров, п. 3.5 ГОСТ Р ИСО 3874-2008. При эксплуатации фитингового упора можно выделить три основных режима эксплуатации: погрузка контейнера - установка контейнера на фитинговый упор, перевозка контейнера - удержание контейнера на фитинговом упоре при транспортировке, и разгрузка/демонтаж - снятие контейнера с фитингового упора.
При погрузке контейнера, его установке на фитинговый упор, фитинг контейнера центрируется своим отверстием относительно фитингового упора. Далее, при опускании контейнера, фитинг контейнера со стороны передней части фитингового упора перемещается по передней наклонной направляющей поверхности 2.1 до максимально выпирающей части головки 2, одновременно фитинг контейнера со стороны задней части фитингового упора перемещается вдоль (на расстоянии) задней вертикальной поверхности 2.2 головки 2, постепенно приближаясь к ней, вплоть до соприкосновения. В это время фитинг контейнера со стороны передней части выходит из зацепления с передней наклонной направляющей поверхностью 2.1. Далее фитинг контейнера опускается до соприкосновения с задней наклонной направляющей поверхностью 3.2 и перемещается по ней, а фитинг контейнера со стороны передней части фитингового упора перемещается вдоль (на расстоянии) передней вертикальной поверхности 3.1, постепенно приближаясь к ней вплоть до полного соприкосновения с ней и соприкосновения с плитой-основанием 4.
При транспортировке контейнера, на него действуют поперечные усилия, вращающие усилия и направленные вверх усилия, возникающие вследствие ветровой нагрузки, центробежных сил в кривых участках пути и т.п. За удержание фитинга контейнера на фитинговом упоре отвечают: плита-основание 4, передняя вертикальная поверхность 3.1 ножки 3, а паз-углубление 5 и максимально широкая части головки 2 ограничивают возможные перемещения вверх и опрокидывание.
При снятии контейнера с фитингового упора, фитинг контейнера поднимается вверх вдоль передней вертикальной поверхности 3.1 ножки 3 до соприкосновения с нижней задней поверхностью выступа головки (не обозначена), после чего двигается вдоль нее, а со стороны задней части фитингового упора в это время фитинг контейнера перемещается вдоль задней наклонной направляющей поверхности ножки 3.2.
Далее передняя часть фитинга контейнера выходит из зацепления с зубом, и дальнейший подъем контейнера не предполагает соприкосновения фитинга контейнера с поверхностями фитингового упора, однако в ряде случаев из-за допусков на изготовления фитинга контейнера, фитингового упора, допуска на установку фитинговых упоров или из-за нюансов технологии снятия контейнера (краном или погрузчиком), фитинг контейнера может зайти в паз-углубление 5 и упереться в наклонную заднюю стенку 2.3 или заднюю наклонную направляющую поверхность 3.2 ножки 3. После этого, продолжая двигаться вверх, фитинг контейнера двигается вдоль наклонной задней стенки 2.3 вплоть до выхода из паза-углубления 5 и дальше вдоль задней вертикальной поверхности 2.2 головки.
Плавные скругления поверхностей, вдоль которых двигается фитинг контейнера, способствуют облегчению прохождения фитинга контейнера при установке/снятии контейнера и устраняют риск зацепления, что способствует исключению появления микротрещин в фитинговом упоре.
Таким образом, предлагаемое техническое решение изменения геометрии поверхностей фитингового упора: передней вертикальной поверхности 3.1 ножки 3, задней вертикальной поверхности 2.2 головки 2 и исполнение перехода 6 наклонной задней стенки 2.3 головки 2 в заднюю наклонную направляющую поверхность 3.2 ножки 3 по радиусу, а так же плавное сопряжение всех поверхностей между собой при изготовлении методом ковки/штамповки, способствует повышению прочностных характеристик фитингового упора и снижению концентраторов напряжений, что, в свою очередь, позволяет увеличить срок службы представленного фитингового упора.