БОКОВАЯ РАМА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ ТЕЛЕЖКИ

Полезная модель относится к железнодорожному подвижному составу, в частности к конструкции литой боковой рамы двухосных тележек грузового вагона.
Известна конструкция боковой рамы железнодорожной тележки (RU №2481986, C2, МПК B61F 5/52, опубл. 20.05.2013 г.), выполненная в виде стальной отливки, состоящей из верхнего и нижнего горизонтальных поясов, соединенных между собой вертикальными колонками, образующими совместно с горизонтальными поясами рессорный проем, с расположенной в нижней части рессорного проема опорной поверхности с бонками для установки и ограничителями от смещения пружин, наклонных поясов, сопряженных с нижним поясом и горизонтальными опорными участками буксовых проемов, имеющих наружные и внутренние челюстные направляющие, причем в зоне сопряжения горизонтальных надбуксовых участков с внутренними челюстными направляющими имеются наружные усиливающие ребра в виде перевернутой запятой, которые соединяют между собой горизонтальные надбуксовые участки, наклонные пояса, вертикальные стенки челюстных направляющих и радиусные переходы внутренних углов надбуксовых участков боковой рамы, при этом диаметр расширенной части усиливающих ребер составляет не менее 50 мм, при этом во внутренней полости боковой рамы, в зоне сопряжения нижних стенок наклонных поясов и вертикальных стенок челюстных направляющих имеются дополнительные ребра, выходящие из радиусных переходов внутренних углов горизонтальных надбуксовых участков, размещенные параллельно к нижним стенкам наклонных поясов длиною не менее 60 мм и расположенные в разных плоскостях по отношению к нижним стенкам наклонным поясов.
Недостатком боковой рамы железнодорожной тележки являются недостаточные показатели усталостной прочности в зонах расположения сопряжений элементов конструкции. Это, а также наличие дефектов литья, проявляющихся особенно в зоне концентраторов напряжений, в процессе эксплуатации приводит к образованию усталостных трещин и дальнейшему излому боковой рамы железнодорожной тележки раньше нормативного срока службы.
1
2
3
Известна конструкция боковой рамы железнодорожной тележки (RU №2481986, U1, МПК B61F 5/52, опубл. 30.08.2017 г.), выполненная в виде стальной отливки, состоящая из верхнего горизонтального пояса с консолями, образующими буксовые проемы, состоящие из внутренних и наружных челюстных направляющих и горизонтального надбуксового участка, и нижнего горизонтального пояса с опорной площадкой для рессорного комплекта, соединенных между собой вертикальными колонками, образующими совместно с горизонтальными поясами рессорный проем, наклонных поясов с поддомкратными подушками, сопряженных с нижним поясом и горизонтальными надбуксовыми участками и имеющих технологические окна, причем внутренняя поверхность горизонтального надбуксового участка представляет собой криволинейную поверхность, образованную с помощью радиусов R, R, R, плавно сопряженных между собой таким образом, что сечения зон сопряжения его с наружной челюстной направляющей и верхним участком внутренней челюстной направляющей в вертикальной плоскости вдоль рамы увеличены по сравнению со средним участком. Кроме того, дополнительные ребра, выходящие из радиусных переходов верхних участков внутренних челюстных направляющих, имеют V-образный вырез в месте их присоединения к боковым стенкам поддомкратной подушки, образованный радиусами не менее 14 мм и не более 500 мм на участке длиной не менее 145 мм, а во внутренней полости боковой рамы вертикальные боковые стенки наклонных поясов соединены перемычками, заканчивающимися в углах технологических окон, наиболее близко к ним расположены, и имеют V-образный вырез, образованный радиусом не менее 30 мм и радиусами не менее 40 мм на участке не менее 55 мм.
Недостатком боковой рамы железнодорожной тележки являются недостаточные показатели усталостной прочности в зонах сопряжения принимающих нагрузку частей рамы - концентраторов напряжений, трещинообразование, что в процессе эксплуатации приводит к излому боковых рам железнодорожных тележек ранее назначенного срока службы.
В известных технических решениях большинство случаев поломки боковых рам в эксплуатации связаны с превышением допустимых напряжений на участках: сопряжения наклонных поясов с нижней частью внутренних челюстных направляющих, радиусных переходов между челюстными направляющими и горизонтальными надбуксовыми участками, в углах рессорного проема. На этих участках наблюдается концентрация напряжений, что приводит, при эксплуатации устройства, к трещинообразованию и дальнейшему излому боковых рам железнодорожных тележек ранее назначенного срока службы.
Задача, решаемая заявляемым техническим решением, заключается в создании конструкции боковой рамы железнодорожной тележки, имеющей повышенную эксплуатационную надежность.
Поставленная задача решается за счет перераспределения напряжений и снижением концентрации напряжений в критических местах рамы в процессе эксплуатации за счет выполнения сопряжений в виде кривых Безье высокого порядка, а также за счет упрочнения рамы в ее критических местах.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение эксплуатационной надежности и срока эксплуатации - долговечности боковой рамы железнодорожной тележки.
Технический результат достигается за счет изменения формы отдельных внутренних и наружных элементов боковой рамы железнодорожной тележки, а именно, осуществления усиления выше отмеченных зон концентрации напряжений и применение для сопряжения отдельных частей боковой рамы железнодорожной тележки элементов в виде кривых Безье высокого порядка, для уменьшения уровня напряжений в сопряжениях конструкции боковой рамы железнодорожной тележки за счет их перераспределения, с целью повышения устойчивости боковых стенок рамы.
Выполнение боковых рам с учетом предлагаемого технического решения позволяет увеличить прочность в зоне буксового и рессорного проемов, а именно обеспечить большую трещинностойкость внутреннего и внешнего радиусов буксового проема, углов рессорного проема.
Полезная модель поясняется Фиг. 1-11.
Фиг. 1. Боковая рама железнодорожной тележки, фронтальный вид с разрезами.
Фиг. 2. Продольный разрез консоли в районе горизонтально надбуксового участка, вид А с Фиг. 1.
Фиг. 3. Поперечный разрез консоли в районе горизонтально надбуксового участка, разрез Б-Б с Фиг.2.
Фиг. 4. Разрез В-В с Фиг. 1.
Фиг. 5. Вид Г с Фиг. 4.
Фиг. 6. Разрез Д-Д с Фиг. 1.
Фиг. 7. Вид Е с Фиг. 6.
Фиг. 8. Вид Ж с Фиг. 1.
Фиг. 9. Поперечный разрез поддомкратной подушки, вид З с Фиг.1.
Фиг. 10. Вид И с Фиг. 1.
Фиг. 11. Вид К с Фиг. 1.
Боковая рама железнодорожной тележки в виде литой отливки, состоящей из верхнего горизонтального пояса 1 с консолями 2, образующими буксовые проемы 3 для буксовых узлов колесных пар. В средней части боковой рамы железнодорожной тележки расположен центральный рессорный проем 4, образованный верхним поясом 1, нижним горизонтальным поясом 5 с опорной площадкой рессорного комплекта 6 и вертикальными колонками 7 с площадками 8 для крепления фрикционных планок. Два наклонных пояса 9 с технологическими окнами 10 связывают верхний 1 и нижний 5 горизонтальные пояса. В средней части наклонных поясов 9 расположены выступающие в сторону буксовых проемов 3 поддомкратные подушки 11, являющиеся неотъемлемой частью наклонных поясов 9 и внутренних челюстных направляющих 12.
Верхний 1 и нижний 5 горизонтальные пояса, а также консоли 2 имеют в сечении коробчатую форму. Сечение консолей 2 уменьшается в сторону наружных челюстных направляющих 13 буксовых проемов 3.
Каждый буксовый проем состоит из внутренней 12 и наружной 13 челюстных направляющих и горизонтального надбуксового участка 14, причем верхний участок 15 внутренней челюстной направляющей расположен вдоль нижней стенки 16 наклонного пояса 9.
Внутренняя часть 17 горизонтальных надбуксовых участков 14 имеет переменную в сечении толщину и линейно увеличивается от внутренней 18 к внешней 19 вертикальной стенке с 20 до 50 мм. Сопряжение внутренней части 17 горизонтального надбуксового участка 14 с внешней вертикальной стенкой 19 выполнено в виде кривой радиусом 10 мм. Сопряжение внутренней части 17 горизонтального надбуксового участка 14 с радиусными переходами 20 и 21 к челюстным направляющим 11 и 12 соответственно образовано кривой Безье 2-го порядка состоящей из дуг радиусами 20 и 20 мм.
+5
В зоне сопряжения горизонтальных надбуксовых участков 14 c радиусными переходами 20 к наружным челюстным направляющим 13 и внутренней вертикальной стенкой 18 консолей 2 на их внутренней стороне выполнен округлый, параболический в продольном сечении, прилив 22 радиусом в верхней части от 10 до 25 мм, высотой от 20 до 55 мм и шириной в основании не менее 50 мм, имеющий переменную в сечении толщину, плавно увеличивается от внешней 19 к внутренней вертикальной стенке с 25 до 30 мм. Сопряжение прилива 22 с внутренней вертикальной стенкой 18 представляет собой кривую Безье 3-го порядка, образованную дугами радиусами 10, 18 и радиусом размером от 20 до 40 мм.
В зоне сопряжения горизонтальных надбуксовых участков 14 и радиусных переходов 20 к верхнему участку внутренних челюстных направляющих 15 и внутренних вертикальных стенок 18 консолей 2 выполнен полусферический прилив 23 радиусом от 40 до 80 мм, имеющий скругления со смежными плоскостями в виде кривой Безье 3-го порядка, образованной дугами радиусом 20 мм, радиусом размером от 40 до 80 мм и радиусом размером от 10 до 55 мм; а с нижней стороны внутренних вертикальных стенок 18 консолей 2 в зоне сопряжения радиусных переходов 19 внутренних челюстных направляющих 15 с горизонтальными надбуксовыми участками 14 с наружной и внутренней стороны устраиваются приливы 24 шириной от 32 до 38 мм и толщиной не менее 12 мм, имеющие трапециевидное сечение.
Во внутренней полости 25 поддомкратной подушки 11 в окончании радиусных переходов верхних участков 15 внутренних челюстных направляющих 12 для сопряжения с нижней стенкой 16 наклонного пояса 9 реализованы перемычки 26, имеющие в нижней части симметричный относительно центральной вертикальной оси устройства матрешкообразный вырез 27, а по периметру верхней части выреза бульбообразное уширение 28 радиусом от 30 до 35 мм, плавно спадающее до нуля в месте примыкания к вертикальным боковым стенкам поддомкратной подушки 11. Матрешкообразный вырез 27 имеет ширину в нижней части 80 мм, а боковые линии представляют собой кривые Безье 3-го порядка, образованные дугами окружностей радиусами 20, 150 и 550 мм.
Во внутренней полости боковой рамы для сопряжения вертикальных боковых стенок 18 и 19, наклонных поясов 6 с вертикальными колонками 7 реализованы перемычки 29, заканчивающиеся в углах технологических окон 10. Перемычки 29 в зоне, примыкающей к технологическим окнам 10, имеют симметричный относительно вертикальной оси боковой рамы прямоугольный вырез 30 длиной более 250 мм с округлой радиусом 30 мм узкой стороной и окончание 31, представляющее собой кривую Безье 5-го порядка, состоящую из дуг радиусами около 30 мм и высотой около 55 мм, причем высота второго и четвертого участка около 4 мм.
В местах сопряжения перемычки 29 с опорной площадкой 32 рессорного комплекта 6 и вертикальными колонками 7 реализованы бульбообразные приливы 33 радиусом от 40 мм до 80 мм.
В верхних углах центрального рессорного проема 4 с наружной и внутренней стороны реализованы четыре ребра скругления 34 радиусом от 43 до 45 мм, высотой от 10 до 15 мм и толщиной от 3 до 5 мм.
Применение заявляемого технического устройства позволяет увеличить показатель сопротивления усталости - увеличить усталостную прочность, повысить надежность рамы и ее долговечность.
Заявляемое устройство испытано в АО НО «ТИВ» г. Тверь и показало усталостную долговечность, так что коэффициент запаса усталостной прочности составил не менее 2,3.