БАЛКА НАДРЕССОРНАЯ ТЕЛЕЖКИ ГРУЗОВОГО ВАГОНА

Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта в части конструкции балок надрессорных тележек грузовых вагонов.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является балка надрессорная грузового вагона, содержащая верхний пояс с подпятником в центре и опорными площадками под скользуны, нижний пояс с опорными площадками под пружины рессорного комплекта, боковые стенки, соединяющие верхний и нижний пояса и выполненные с отверстиями, карманы для установки фрикционных клиньев в концевых частях надрессорной балки, при этом отверстия в боковых стенках выполнены овальной формы, протяженными в продольном направлении надрессорной балки и имеют внутренние усиления в виде выступов-утолщений, которые выполнены в боковых частях отверстий боковых стенок и плавно сопряжены наклонными переходными участками с боковыми стенками, см. RU 194469 U1, опубл. 19.09.2019.
Недостатком данного технического решения является недостаточная оптимизация прочности боковых стенок балки надрессорной, приводящая к избыточной массе детали.
Технический результат полезной модели заключается в снижении массы балки надрессорной при сохранении необходимой прочности и жесткости.
Заявленный технический результат полезной модели достигается за счет того, что в балке надрессорная тележки грузового вагона, выполненной в виде стальной отливки, состоящей из верхнего пояса, включающего в себя кольцевую плиту подпятника и опорные площадки с отверстиями для крепления скользунов, соединенного боковыми стенками, плавно расходящимися в сторону карманов для установки фрикционных клиньев, расположенных в концевых частях балки надрессорной, с нижним поясом, включающим опорные площадки рессорного комплекта, согласно полезной модели, боковые стенки в районах плавного расхождения в сторону карманов для установки фрикционных клиньев выполнены с утонениями внутренней поверхности в виде замкнутого контура с габаритом «h» по высоте и габаритом «b» по ширине, расположенного на расстоянии «c» от наружной поверхности нижнего пояса и расстоянии «L» от оси подпятника, при этом отношение толщины «s» боковой стенки в зоне утонения к основной толщине «S» боковой стенки составляет 0,2≤s/S≤0,95. Габарит «h» по высоте замкнутого контура утонения составляет от 100 до 300 мм; габарит «b» по ширине замкнутого контура утонения составляет от 100 до 300 мм; наименьшее расстояние «c» от замкнутого контура утонения до наружной поверхности нижнего пояса составляет от 50 до 200 мм; наименьшее расстояние «L» от замкнутого контура утонения до оси подпятника составляет от 200 до 320 мм.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:
- на фиг. 1 представлен общий вид балки надрессорной;
- на фиг. 2 представлен вид спереди балки надрессорной;
- на фиг. 3 представлен вид сверху балки надрессорной;
- на фиг. 4 представлен разрез А-А балки надрессорной на фиг. 3, на котором показан замкнутый контур утонения боковой стенки балки надрессорной;
- на фиг. 5 представлен разрез Б-Б балки надрессорной на фиг. 4, на котором показано утонение боковой стенки;
- на фиг. 6 представлены результаты расчета 3D-модели балки надрессорной методом топологической оптимизации.
Балка надрессорная тележки грузового вагона (фиг. 1) выполнена в виде стальной отливки и состоит из верхнего пояса 1, включающего в себя кольцевую плиту подпятника 2 и опорные площадки под скользуны 3 с отверстиями 4 для крепления скользунов, соединенного боковыми стенками 5 (фиг. 2), плавно расходящимися в сторону карманов 6 для установки фрикционных клиньев, расположенных в концевых частях балки надрессорной, с нижним поясом 7 (фиг. 3), включающим опорные площадки 8 рессорного комплекта.
Боковые стенки 5 в районах плавного расхождения в сторону карманов 6 выполнены с утонениями внутренней поверхности в виде замкнутого контура 9, имеющего форму неправильного многоугольника со скругленными углами. Замкнутый контур 9 имеет габарит «h» по высоте, габарит «b» по ширине и расположен на расстоянии «с» от наружной поверхности 10 нижнего пояса 7 и расстоянии «L» от оси подпятника 2.
Горизонтальный габарит «b» замкнутого контура 9 лежит в диапазоне от 100 до 300 мм. Наименьшее расстояние «с» от горизонтальной поверхности 10 нижнего пояса 7 до замкнутого контура 9 лежит в диапазоне от 50 до 200 мм. Вертикальный габарит «h» замкнутого контура 9 лежит в диапазоне от 100 до 300 мм. Наименьшее расстояние «L» от оси подпятника балки надрессорной до замкнутого контура 9 лежит в диапазоне от 200 до 320 мм.
Наружная боковая вертикальная стенка 5 (фиг. 4), имеющая толщину «S» (фиг. 5), выполнена с толщиной «s» стенки в зоне утонения, ограниченной замкнутым контуром 9.
Диапазоны размеров «b», «с», «h», «L» определены в результате расчета 3D-модели балки надрессорной методом топологической оптимизации.
При превышении установленных диапазонов значений для горизонтального габарита «b» и вертикального габарита «h» не будет обеспечена прочность и жесткость конструкции балки надрессорной. При значениях горизонтального габарита «b» и вертикального габарита «h» менее установленного диапазона значений не будет обеспечена эффективность снижения массы балки надрессорной.
Результаты расчета 3D-модели балки надрессорной методом топологической оптимизации, позволяющим выделить объем материала внутри детали, который служит для передачи заданных нагрузок, показаны на фиг. 6. Серым цветом изображена 3D-модель конечной детали, синим цветом выделен объем материала внутри детали, полученный в результате расчета методом топологической оптимизации. Таким образом, на фиг. 6 видно, что объем материала, расположенный внутри замкнутого контура 9, не участвует в передаче заданной нагрузки. Это позволяет уменьшить основную толщину «S» боковой стенки до величины «s» в зоне, ограниченной замкнутым контуром 9. Отношение толщины «s» утонения боковой стенки к основной толщине «S» боковой стенки лежит в диапазоне 0,2≤s/S≤0,95. При отношении толщин «s» и «S» меньше 0,2 высока вероятность образования литейных дефектов, а если указанное отношение больше 0,95, то эффект от снижения массы получается незначительный.
Применение предлагаемой полезной модели позволяет изготовить рациональную конструкцию балки надрессорной со сниженной массой при сохранении необходимой прочности и жесткости.
Предлагаемую полезную модель используют следующим образом. Балка надрессорная трехэлементной тележки грузового вагона служит для передачи нагрузок от кузова вагона на необрессоренные части тележки через систему рессорного подвешивания. Нагрузка от кузова вагона через пятник балки передается на подпятник балки надрессорной и далее через пружинный комплект на опорные площадки пружинных комплектов рам боковых. Боковая стенка балки надрессорной выполнена с утонениями, ограниченными замкнутыми контурами в форме неправильного многоугольника со скругленными углами, в районах плавного расхождения в сторону карманов для установки фрикционных клиньев, что приводит к снижению общей массы балки надрессорной при сохранении заданной прочности и жесткости детали.