БОКОВАЯ РАМА ТЕЛЕЖКИ ГРУЗОВОГО ВАГОНА

Предлагаемая полезная модель относится к подвижному составу железнодорожного транспорта, а именно к конструкциям боковых рам тележек грузовых вагонов.
Известна боковая рама грузового вагона, раскрытая в патенте России на полезную № 76879, опубликованном 10.10.2008 г., и принятая в качестве ближайшего аналога. Боковая рама тележки грузового вагона содержит рессорный проем, два технологических проема и два наклонных пояса, каждый из которых содержит верхнюю стенку, сопряженную с вертикальной стенкой рессорного проема.
Недостатком известной боковой рамы является недостаточная усталостная прочность боковой рамы в зонах сопряжения верхних стенок наклонных поясов и стенок вертикальных колонок. Упомянутые зоны сопряжения являются зонами повышенной концентрации металла, и при затвердевании в них образуются тепловые узлы. В тепловых узлах затвердевание металла происходит медленнее, чем более тонких сопрягаемых элементах. Недостаточность питания при затвердевании тепловых узлов упомянутых зон способствуют возникновению скрытых внутренних литейных дефектов, в частности усадочных дефектов, например, усадочных раковин. Упомянутые литейные дефекты часто расположены в невидимых для человека зонах, поэтому не выявляются при контроле. Кроме того, упомянутые дефекты являются концентраторами напряжений, являющихся причинами образования и развития усталостных трещин, приводящих к изломам боковых рам. Для предотвращения образования усадочных дефектов за счет создания направленного затвердевания отливки боковой рамы путем обеспечения постоянного подвода дополнительного жидкого металла используют прибыли, которые затем удаляют. Обычно для организации направленного затвердевания прибыли устанавливают непосредственно не на тепловые узлы упомянутых зон, а над ними. В результате существует вероятность того, что по меньшей мере одна стенка, находящаяся между соответствующим тепловым узлом и соответствующей питающей прибылью, может затвердеть раньше, и в тепловом узле, который не может питаться из этой прибыли, могут образоваться усадочные дефекты.
Техническая проблема, решаемая при изготовлении предложенной полезной модели, заключается в наличии литейных дефектов в зонах сопряжения верхних стенок наклонных поясов и стенок вертикальных колонок, известных из уровня техники боковых рам.
Технический результат, который может быть достигнут при выполнении полезной модели, заключается в повышении усталостной прочности боковой рамы.
Технический результат достигается за счет того, что боковая рама тележки грузового вагона содержит рессорный проем, два технологических проема и два наклонных пояса, каждый из которых содержит верхнюю стенку, сопряженную с вертикальной стенкой рессорного проема. Боковая рама дополнительно включает в себя технологические напуски (или «напуски»), расположенные в зонах сопряжения верхних стенок наклонных поясов и вертикальных стенок рессорного проема со стороны технологических проемов.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что форма по меньшей мере одного технологического напуска представляет собой неполный конус с высотой, лежащей на линии, образованной пересечением верхней стенки наклонного пояса с вертикальной стенкой рессорного проема.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что соотношение высоты конуса по меньшей мере одного технологического напуска к радиусу его основания составляет ¾.
Предпочтительный вариант выполнения предложенного технического решения характеризуется чертежами, где
на фиг. 1 представлен общий вид боковой рамы с местным разрезом по продольной плоскости,
на фиг. 2 представлено увеличенное изображение одной из зон сопряжения верхней стенки наклонного пояса и вертикальной стенки рессорного проема.
Боковая рама тележки грузового вагона содержит рессорный проем 1, два технологических проема 2 и два наклонных пояса 3, каждый из которых содержит верхнюю стенку 4, соединенную с вертикальной стенкой 5 рессорного проема 1.
На фиг. 2 представлена одна из зон сопряжения верхней стенки наклонного пояса и вертикальной стенки рессорного проема. Боковая рама дополнительно включает в себя два технологических напуска 6, каждый из которых расположен внутри боковой рамы и в одной из зон 7 сопряжения верхней стенки 4 наклонного пояса 3 и вертикальной стенки 5 рессорного проема 1 со стороны технологического проема 2. Форма каждого технологического напуска 6 представляет собой неполный конус-сектор с высотой, лежащей на линии 8, образованной пересечением верхней стенки 4 наклонного пояса 3 с вертикальной стенкой 5 рессорного проема 1. Соотношение высоты H конуса к радиусу R основания составляет примерно ¾. Упомянутый конус-сектор образован вращением прямоугольного треугольника (у которого высота H и радиус R – катеты) на угол, ограниченный верхней стенкой 4 наклонного пояса 3 и вертикальной стенкой 5 рессорного проема 1.
Упомянутые технологические напуски 6 выполнены из того же материала, что и боковая рама, и являются цельными с остальной частью отливки боковой рамы элементом, формирующимися в литейной форме после ее заливки и затвердевания.
Упомянутые технологические проемы 2 ограничены верхним поясом 9, одним из наклонных поясов 3 и одной из вертикальных колонок 10. Рессорный проем 1 ограничен верхним поясом 9, двумя вертикальными колонками 10 и нижним поясом 11. При этом под вертикальной стенкой 5 рессорного проема 1 понимается стенка вертикальной колонки 10. Боковая рама предпочтительно выполнена в виде стальной симметричной отливки, а по меньшей мере одна верхняя стенка 4 наклонного пояса 3 может являться продолжение верхней стенки нижнего пояса 11.
Описанная выше форма выполнения каждого технологического напуска является предпочтительной, т.к. получена на основе натурных экспериментов и компьютерного моделирования условий затвердевания. Натурные эксперименты и компьютерное моделирование были направлены на устранение литейных дефектов в зонах сопряжения верхних стенок 4 наклонных поясов 3 и стенок 5 вертикальных колонок 10. В других вариантах выполнения предложенного технического решения форма выполнения технологического напуска 6 может отличаться от описанных выше и представленных на фигурах или форма по меньшей мере одного технологического напуска 6 представляет собой неполный конус-сектор с высотой H, лежащей на линии 8, образованной пересечением верхней стенки 3 наклонного пояса 2 с вертикальной стенкой 5 рессорного проема 1, при этом соотношение высоты H конуса к радиусу R его основания составляет примерно ¾ или ровно ¾, но может отличаться от указанных значений. Очевидно, что в по меньшей мере одной зоне 7 сопряжения верхней стенки 4 наклонного пояса 3 и вертикальной стенки 5 рессорного проема 1 со стороны технологического проема 2 может быть расположен по меньшей мере один технологический напуск 6.
Предложенное техническое решение может быть использовано, например, в трехэлементной тележке.
При отливке боковой рамы для эффективного действия установленных снаружи на зоны 7 сопряжения верхних стенок 4 наклонных поясов 3 и стенок 5 вертикальных колонок 10 прибылей создают технологические напуски 6. Каждый технологический напуск 6 обеспечивает питание от установленной снаружи соответствующей прибыли к соответствующей зоне 7 сопряжения, примыкающей к расположенной ниже при изготовлении отливки боковой рамы зоне повышенной концентрации металла и местом образования теплового узла. Кроме того, каждый технологический напуск 6 обеспечивает направленное к соответствующей прибыли затвердевание. Таким образом, в указанных зонах 7 и прилегающих обеспечивают направленное затвердевание, отсутствие литейных дефектов, в частности усадочных дефектов, и заданную плотность отливки. Устранение литейных дефектов уменьшает вероятность образования и развития усталостных трещин, выходящих на поверхность боковой рамы, что повышает конструкционную и усталостные прочности боковой рамы, технологичность конструкции боковой рамы за счет обеспечения направленного затвердевания и снижает процент брака отливок. В результате повышается надежность работы, выносливость конструкции и безопасность работы боковой рамы при различных видах нагрузок.