НАДРЕССОРНАЯ БАЛКА ТЕЛЕЖКИ ГРУЗОВОГО ВАГОНА

Полезная модель относится к конструктивным элементам тележек грузовых вагонов, в частности к конструкции надрессорных балок.
Из патента № 157798 на полезную модель известна надрессорная балка тележки грузового вагона, содержащая верхний пояс с подпятником, опорными площадками под скользуны, нижний пояс с наклонными участками, с нижней несущей стенкой и опорными поверхностями для размещения пружин рессорного комплекта, несущие боковые стенки, соединяющие верхний и нижний пояса, ребра жёсткости, соединяющие нижнюю наружную поверхность подпятника с наружной поверхностью боковой стенки, при этом указанные ребра жесткости выполнены в форме прямоугольника, две смежные стороны которого (катеты) соединены соответственно с нижней наружной поверхностью подрятника и с наружной поверхностью боковой стенки.
Из патента № 203982 на полезную модель известна надрессорная балка тележки грузового железнодорожного вагона, выполненная в виде отливки коробчатого сечения, содержащая нижний пояс, боковые стенки, верхний пояс, включающий плиту подпятника с системой продольных и поперечных ребер, а также надрессорные постели с консольных частей надрессорной балки, при этом поперечные крайние и средние внутренние ребра на верхнем поясе, в зоне подпятниковой плиты, расположенные между боковыми стенками надрессорной балки и продольными ребрами, выполнены параллельно поперечной оси надрессорной балки со смещением друг относительно друга и с переменной высотой, при этом с каждой внешней стороны боковых стенок надрессорной балки и нижней поверхностью подпятниковой плиты выполнены крайние внешние ребра со смещением относительно крайних поперечных внутренних ребер и внешнее среднее ребро, совпадающее расположением с внутренним средним поперечным ребром. Ребра, соединяющие нижнюю поверхность плиты подпятника с боковой стенкой, выполнены в виде прямоугольника, две смежные стороны которого (катеты) соединены соответственно с нижней наружной поверхностью плиты подрятника и с наружной поверхностью боковой стенки.
Недостатком известных надрессорных балок является их недостаточная надежность, обусловленная наличием местных излишних напряжений в местах сопряжения прямоугольных ребер с нижней поверхностью плиты подпятника и боковой стенки, возникающих из-за того, что сопряжение между третьей стороной прямоугольника (его гипотенузой) и нижней поверхностью подпятника, а также между третьей стороной прямоугольника и наружной поверхностью боковой стенки осуществлено с образованием углов, т.е. по ломаной линии. В нагруженных конструктивных элементах (элементах, конструктивных узлах, работающих под нагрузкой) сопряжение участков, выполненных с различной геометрией, необходимо осуществлять таким образом, чтобы в местах перехода исключить образование ломаных линий, исключить сопряжение участков с образованием углов.
Надрессорная балка по патенту № 203982 выбрана в качестве наиболее близкого аналога.
Техническая проблема, решаемая предлагаемой полезной моделью, - снижение напряжений в надрессорной балке.
Технический результат, достигаемый полезной моделью, - повышение надежности надрессорной балки за счет снижения напряжений в области подпятникового узла, снижения вероятности возникновения местных напряжений в области подпятникового узла.
Технический результат достигается за счет того, что в надрессорной балке тележки грузового железнодорожного вагона, содержащей верхний пояс, нижний пояс, боковые стенки, соединяющие верхний и нижний пояса, верхний пояс включает плиту подпятника, ребро жесткости, соединяющее нижнюю наружную поверхность плиты подпятника с наружной поверхностью боковой стенки надрессорной балки, при этом ребро жесткости расположено в плоскости, перпендикулярной поверхности боковой стенки надрессорной балки, согласно полезной модели, подпятник выполнен чашеобразным, содержащим подпятниковую плиту и вертикальную цилиндрическую стенку, сопряжение наружных поверхностей подпятниковой плиты и вертикальной цилиндрической стенки подпятника выполнено дугообразным, при этом сопряжение нижней поверхности плиты подпятника с боковыми стенками надрессорной балки также выполнено дугообразным, ребро жесткости с наружной стороны выполнено дугообразным с образованием вогнутой дуги, при этом дуга наружной стороны ребра жесткости выполнена с радиусом, большим, чем радиус сопряжения нижней поверхности плиты подпятника с наружной поверхностью боковой стенки надрессорной балки, значение радиуса наружной стороны ребра жесткости выбрано из условия плавного сопряжения ребра с плитой подпятника с одной стороны и с наружной поверхностью боковой стенки надрессорной балки с другой стороны.
Значение радиуса наружной стороны ребра жесткости составляет 70÷130 мм.
С противоположной стороны надрессорной балки выполнено дополнительное ребро жесткости, аналогичное первому ребру жесткости.
На фиг. 1 изображена надрессорная балка - вид сбоку.
На фиг. 2 показан разрез А-А фиг.1.
На фиг. 3 распределение полей напряжений заявляемой надрессорной балки.
Позиции на фигурах:
1 - верхний пояс;
2 - нижний пояс;
3 - боковые стенки надрессорной балки;
4 - плита подпятника;
5 - вертикальная цилиндрическая стенка подпятника;
6 - ребро жесткости.
Надрессорная балка тележки грузового железнодорожного вагона, содержащая верхний пояс 1, нижний пояс 2, боковые стенки 3, соединяющие верхний 1 и нижний 2 пояса; верхний пояс 1 включает подпятник; ребро жесткости 6, соединяющее нижнюю наружную поверхность плиты 4 подпятника с наружной поверхностью боковой стенки 3 надрессорной балки, при этом ребро 6 жесткости расположено в плоскости, перпендикулярной поверхности боковой стенки 3 надрессорной балки. Подпятник выполнен чашеобразным, содержащим подпятниковую плиту 4 и вертикальную цилиндрическую стенку 5; сопряжение наружных поверхностей подпятниковой плиты 4 и вертикальной цилиндрической стенки 5 подпятника выполнено дугообразным; сопряжение нижней поверхности плиты 4 подпятника с боковыми стенками 3 надрессорной балки также выполнено дугообразным; ребро 6 жесткости с наружной стороны выполнено дугообразным с образованием вогнутой дуги, при этом дуга наружной стороны ребра 6 жесткости выполнена с радиусом, большим, чем радиус сопряжения нижней поверхности плиты 4 подпятника с наружной поверхностью боковой стенки 3 надрессорной балки; значение радиуса наружной стороны ребра 6 жесткости выбрано из условия плавного сопряжения ребра 6 с плитой 4 подпятника с одной стороны и с наружной поверхностью боковой стенки 3 надрессорной балки с другой стороны. 3. С противоположной стороны надрессорной балки может быть выполнено дополнительное ребро 6 жесткости, аналогичное первому ребру 6 жесткости. Т.е. дополнительное ребро 6 может быть выполнено «зеркальным» с противоположной стороны надрессорной балки.
Значение радиуса наружной стороны ребра жесткости составляет 70÷130 мм. При указанных значениях радиуса наружной стороны ребра 6 жесткости обеспечены плавные сопряжения наружных поверхностей подпятниковой плиты 4 и вертикальной цилиндрической стенки 5 подпятника, а также нижней поверхности плиты 4 подпятника с боковыми стенками 3 надрессорной балки без образования ломаных линий.
Такое плавное сопряжение позволяет максимально снизить местные напряжения или снизить вероятность их возникновения в таком нагруженном узле надрессорной балки, как узел подпятника.
При значении радиуса наружной стороны ребра менее 70 мм снизится линия контакта ребра 6 с наружной поверхностью стенки 3 и подпятниковой плиты 4 соответственно, усиливающие возможности ребра 6 будут снижены, функционально ребро жесткости будет бесполезно.
При значениях радиуса наружной стороны ребра более 130 мм существенно возрастет металлоемкость изготовления надрессорной балки, увеличится ее вес, что приведет к возникновению дополнительных нагрузок на тележку вагона, что нежелательно, т.к. любые лишние нагрузки снижают надежность всей конструкции вагона.
На фиг. 3 видно практически полное отсутствие местных напряжений снаружи подпятникового узла, что подтверждает эффективность заявляемой полезной модели, а также подтверждает достижение заявляемой полезной моделью технического результата, заключающегося в повышении надежности надрессорной балки за счет снижения местных напряжений в области подпятникового узла, снижения вероятности возникновения местных напряжений в области подпятникового узла.
Расчетами определено, что снижение местных напряжений в области подпятникового узла по сравнению с наиболее близким аналогом происходит на 2-3%.