ХОМУТ ТЯГОВЫЙ
TOW CLAMP

Заявляемое изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к конструкциям тяговых хомутов автосцепных устройств.
Известен хомут тяговый [Патент на полезную модель RU 200822 U1 от 12.11.2020г.], содержащий головную часть, заднюю опорную часть, верхнюю и нижнюю тяговые полосы, соединяющие головную и заднюю опорную часть хомута, при этом задняя опорная часть хомута выполнена с направляющими элементами, выполненными выступающими относительно основного металла задней опорной части тягового хомута.
Также известен хомут тяговый по ГОСТ 32885-2014 «Детали литые сцепных и автосцепных устройств железнодорожного подвижного состава. Общие технические условия» вариант 1, содержащий головную часть, заднюю опорную часть, верхнюю и нижнюю тяговые полосы, соединяющие головную и заднюю опорную часть хомута, при этом боковые поверхности головной части выполнены прямоугольной формы и имеют в местах соединения тяговых полос с боковыми и торцевыми поверхностями головной части переходные участки, соединяющие смежные поверхности под углами, близкими к перпендикулярным.
Данная конструкция выбрана в качестве прототипа для заявляемого изобретения.
Недостатком вышеуказанных конструкций является наличие концентраторов напряжения вследствие неравномерного распределения ударных нагрузок в головной части хомута, возникающим при эксплуатации автосцепного устройства грузового вагона, что приводит к снижению прочностных характеристик хомута тягового.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание конструкции хомута тягового, позволяющей повысить прочностные характеристики хомута и увеличить назначенный срок службы за счет улучшенного распределения напряжений.
Поставленная задача решается путём того, что в местах соединения тяговых полос с боковыми и торцевыми поверхностями головной части выполнены четыре сферические поверхности, при этом кромки боковых поверхностей головной части, направленные во внутрь хомута, выполнены по радиусу.
Сущность изобретения заключается в том, что хомут тяговый, содержит головную часть, заднюю опорную часть и две тяговые полосы, примыкающие к головной и задней опорной частям и соединяющие их между собой, также в местах соединения тяговых полос с боковыми и торцевыми поверхностями головной части выполнены четыре сферические поверхности (А), при этом кромки боковых поверхностей головной части, направленные во внутрь хомута, выполнены по радиусу (R).
Сферические поверхности выполнены по радиусу в интервале от 350 до 450 мм.
Радиус R кромок боковых поверхностей выполнен в интервале от 200 до300 мм.
Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами:
Фиг. 1 – Хомут тяговый (общий вид);
Фиг. 2 – Хомут тяговый (изометрия);
Фиг. 3 – Поля распределения эквивалентных напряжений в головной части хомута тягового (вид ¾ сверху);
Фиг. 4 – Поля распределения эквивалентных напряжений в головной части хомута тягового (вид ¾ снизу).
Хомут тяговый, содержащий головную часть 1, заднюю опорную часть 2 и две тяговые полосы 3, примыкающие к головной 1 и задней опорной 2 частям и соединяющие их между собой. В местах соединения тяговых полос 3 с боковыми и торцевыми поверхностями головной части 1 выполнены четыре сферические поверхности (А). Кромки 4 боковых поверхностей 5 головной части 1, направленные во внутрь хомута, выполнены по радиусу (R).
Сферические поверхности (А) выполнены по радиусу в интервале от 350 до 450 мм.
Радиус (R) кромок 4 боковых поверхностей 5 выполнен в интервале от 200 до 300 мм.
Хомут тяговый работает следующим образом.
Исправное состояние сцепного оборудования определяет безопасность движения железнодорожного состава. Во время движения поезда, при его остановках и выполнении различных маневров хомут тяговый постоянно подвергается сжимающим и растягивающим ударным нагрузкам, передаваемым от автосцепки. Действующие на хомут продольные нагрузки могут вызвать концентрацию напряжений в местах резкого изменения конфигурации элементов хомута. К таким элементам относятся острые углы в головной части хомута, а также прямые участки кромок боковых поверхностей головной части, направленных внутрь хомута. В результате происходит неравномерное распределение ударных нагрузок в головной части при распределении напряжений по телу хомута. При этом материал, прилегающий к ослабленному месту воспринимает дополнительные усилия. Это может привести к снижению прочности хомута, а также к возникновению трещин и изломом. Для уменьшения концентрации напряжений необходимо обеспечить плавные переходы между элементами хомута и более равномерному распределению нагрузки на конструкцию хомута.
Сохранение прочности хомута тягового подтверждено расчетом прочности, который проведен в соответствии с требованиями «Норм для расчета и проектирования вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных)» и ГОСТ 33434 «Устройство сцепное и автосцепное железнодорожного подвижного состава. Технические требования и правила приемки». Оценка напряженного состояния хомута производилась на основе метода конечных элементов (МКЭ) в конечно-элементном пакете ANSYS Workbench 2020 R1. Оценка прочности хомута проведена по следующей схеме:
- на действие максимальной силы растяжения хомута тягового при сцеплении грузовых вагонов Р = 2,5 МН, которая передается на проушины хомута от валика и действует в продольном направлении.
В качестве зон измерения значений эквивалентных напряжений были выбраны зоны наиболее нагруженные для рассматриваемого расчетного режима. Поля распределения эквивалентных напряжений в элементах хомута тягового при действии расчетных нагрузок представлены на фигурах 3 и 4.
Технический результат от заявляемого изобретения заключается в том, что выполнение в местах соединения тяговых полос с боковыми и торцевыми поверхностями головной части четырех сферических поверхностей (А) по радиусу в интервале от 350 до 450 мм, а также выполнение кромок боковых поверхностей головной части, направленных во внутрь хомута, по радиусу (R) в интервале от 200 до 300 мм позволяет более равномерно распределить продольные ударные нагрузки, передаваемые от автосцепки за счет исключения острых углов и создания плавных переходов между элементами хомута, что в свою очередь позволяет уменьшить концентраторы напряжений, возникающих в конструкции хомута во время движения поезда и снизить вероятность появления трещин и изломов в гарантийный эксплуатационный период, а так же повысить прочностные характеристики хомута и увеличить назначенный срок службы, при этом происходит снижение материальных затрат в рамках рекламационной деятельности.
Размеры радиусов сферических поверхностей и размеры радиусов кромок боковых поверхностей выбраны расчетным методом и проверены на опытном образце.
В подтверждение данного утверждения, в таблице 1 приведены сравнительные данные по напряжениям, возникающие в заявляемой конструкции хомута тягового и в конструкции хомута тягового с острыми углами головной части. Также указана величина снижения напряжений за счет применения указанного технического решения в конструкции хомута тягового.
В настоящее время на заявляемое изобретение разработана конструкторская документация и ведутся всесторонние испытания опытных образцов.