РАМА ТЕЛЕЖКИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту и касается конструкции рамы железнодорожной тележки.
Известна рама тележки КВЗ-И2, содержащая две боковые продольные балки коробчатого сечения, две поперечные балки коробчатого сечения для подвешивания люльки, две концевые поперечные и четыре продольные балочки для подвески тормозной рычажной передачи («Вагоны», Москва «Транспорт» 1979 г, И.Ф Скиба, с. 107). Рама этой тележки имеет Н-образную форму. Продольные балки рамы образованы сваренными встык своими горизонтальными полками швеллерами. Для усиления на верхнем и нижнем поясе продольной балки, в средней ее части, между внутренними шпинтонами, установлены накладки из листовой стали. Поперечные балки объединяют между собой продольные балки, в средней их части, и приварены своими верхними и нижними листами встык к верхним и нижним накладкам продольных балок, а вертикальными листами - к вертикальной стенке швеллеров продольных балок.
В описанной выше конструкции продольные балки выполнены из двух швеллеров, сваренных между собой полками сплошными стыковыми швами. При этом сварные швы расположены в вертикальной плоскости в зоне максимальных растягивающих и сжимающих напряжений, что снижает усталостную прочность продольной балки и рамы тележки в целом и приводит к ограничению грузоподъемности и конструкционной скорости железнодорожной тележки.
Наиболее близким к предполагаемой полезной модели техническим решением является рама тележки вагонов, имеющая Н-образную форму, включающая продольные коробчатые балки, каждая из которых собрана из двух швеллеров, полки которых сварены встык продольными сварными швами, подкрепляющие элементы жесткости и поперечную балку коробчатой формы (патент РФ на полезную модель №39560). Стенки продольной балки рамы образованы полками швеллеров, стенки которых соединены внахлест сваркой с горизонтальными косынками коробчатого узла упомянутых балок, причем сварные швы соединенных встык полок расположены на боковых поверхностях продольной балки на уровне ее продольной оси. Недостатком данной конструкции является необходимость выполнения протяженных продольных сварных швов, что приводит к увеличению времени изготовления. Вместе с тем конструкция коробчатого узла соединения продольных и поперечных балок предусматривает точное изготовление гнутых вертикальных листов, несоответствие формы которых приводит к увеличению зазоров, что в свою очередь усложняет процесс сборки и сварки.
Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение надежности рамы и снижение затрат при ее изготовлении.
Для достижения указанного технического результата в конструкции продольной балки вместо сваренных встык полками швеллеров применен стальной гнутый сварной замкнутый профиль прямоугольного сечения. Горизонтальные стороны профиля образуют верхний и нижний пояс, на которых посредством сварки установлены усиливающие стальные листы. Сварной шов, замыкающий профиль, расположен снаружи продольной балки на середине вертикальной ее стороны в зоне нейтрального волокна, где растягивающие и сжимающие напряжения при вертикальном продольном изгибе продольной балки равны нулю. При этом сварные швы, соединяющие нижний лист с прямоугольным профилем и расположенные в зоне растягивающих напряжений, с целью повышения усталостной прочности, подвергнуты поверхностному упрочнению многобойковым инструментом или, как вариант - аргонодуговой обработке. Соединение вертикальных стенок поперечных балок с вертикальными стенками прямоугольного профиля выполнено через переходной элемент в виде уголка, полки которого согнуты под углом, по значению близким к 90° или в виде платика прямоугольного сечения. Верхние и нижние листы поперечных балок при помощи сварки соединены встык с усиливающими стальными листами продольных балок, причем нижнее соединение, испытывающее растягивающие напряжения под действием изгибающего момента от вертикальной силы, выполнено под углом, близким по значению к 45°. Полезная модель поясняется чертежами:
фиг. 1 - рама, фиг. 2 - продольная балка, фиг. 3 - вид по стрелке А с фиг. 2, фиг. 4 - поперечная балка, фиг. 5 - вид Г с фиг. 1, фиг. 6 - сечение Д-Д по фиг. 2, фиг. 7 - вид Б с фиг. 6, фиг. 8 - вид В с фиг. 6.
На чертежах приняты следующие обозначения:
1 - продольная балка;
2 - поперечная балка;
3 - накладка;
4 - упор;
5 - переходной элемент;
6 - замкнутый профиль;
7 - верхний лист;
8 - нижний лист;
9 - накладной лист;
10, 11, 12, 13 - продолговатое отверстие;
14, 15 - сварной шов;
16 - вертикальное ребро;
17 - втулка;
18 - верхний лист поперечной балки;
19 - накладка поперечной балки;
20 - нижний лист поперечной балки.
Рама тележки железнодорожного транспортного средства (фиг. 1) состоит из двух продольных балок 1, двух поперечных балок 2, накладок 3 для крепления шпинтонов, упоров 4, переходных элементов 5. Продольная балка 1 выполнена в виде стального гнутого сварного замкнутого профиля 6 (фиг. 2) прямоугольного сечения с усиливающими стальными накладками: верхнего листа 7, нижнего листа 8 и накладного листа 9. На концевых частях верхнего листа 7 и нижнего листа 8 выполнены продолговатые отверстия 10 (фиг. 1) и 11 (фиг. 3) соответственно. Нижний лист 8 и накладной лист 9 на изогнутых консольных частях, расположенных с внутренней стороны продольной балки, имеют продолговатые отверстия 12 и 13 (фиг. 3) соответственно, причем размеры отверстий 12 нижнего листа 8 меньше размеров отверстий 13 накладного листа 9. Это обеспечивает удобство доступа при выполнении сварного шва по периметру отверстия. Верхний лист 7 соединен с профилем 6 при помощи сварных швов 14 (фиг. 6) и стандартных сварных швов, выполненных по периметру продолговатых отверстий 10 (фиг. 1). Нижний лист 8 соединен с профилем 6 при помощи сварных швов 15 (фиг. 8) и стандартных сварных швов, выполненных по периметру продолговатых отверстий 11 (фиг. 3). Сварной шов 15 подвергнут поверхностному упрочнению многобойковым инструментом или, как вариант, аргонодуговой обработке, в результате чего образуются плавные переходы радиусом R между металлом шва и основным металлом нижнего листа и трубы (фиг. 8). Накладной лист 9 (фиг. 3) соединен с нижним листом 8 посредством стандартных сварных швов, выполненных по наружному контуру накладного листа 9 и по периметру продолговатых отверстий 13. Поперечная балка содержит вертикальные ребра 16 (фиг. 4), в которые установлены втулки 17, верхний лист 18, перегиб которого усилен накладкой 19 и нижний лист 20. Вертикальные ребра 16 поперечных балок 2 соединены посредством сварки с переходными элементами, которые, в свою очередь, соединены с вертикальной стенкой профиля 6 продольной балки 1. Переходные элементы выполнены в виде уголков 5 (фиг. 5), полки которых согнуты под углом близким к 90° или в виде платиков прямоугольного сечения (на фиг. не показано).
Продолговатые отверстия 10 и 11, выполненные в верхнем листе 7 и нижнем листе 8, обеспечивают более плавное изменение поперечного сечения продольной балки 1 по ее длине, что обуславливает более равномерное распределение напряжений в концевых частях верхнего и нижнего листа при изгибе балки. Плавные переходы радиусом R между металлом шва 15 и основным металлом нижнего листа 8 и профиля 6 снижают уровень концентрации напряжений в этих зонах повышая, тем самым, усталостную прочность всей конструкции в целом. Применение профиля 6 прямоугольного сечения вместо двух сваренных в коробчатое сечение швеллеров позволяет снизить, по сравнению с прототипом, суммарную длину сварных швов на ~30%. Уголки 5 в месте соединения продольных балок 1 и поперечных балок 2 обеспечивают снижение концентрации напряжений при изгибе конструкции за счет разнесения мест расположения сварных швов.