СТЕНА ТОРЦЕВАЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПОЛУВАГОНА

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту и касается конструкции торцевой стены кузова полувагона.
Известны различные технические решения в рассматриваемой области.
Известен патент RU №101419 на полезную модель «Торцевая часть кузова универсального полувагона» (МПК B61D 17/00, опубл. 20.01.2011). Торцевая часть кузова универсального полувагона включает лобовую балку, установленную на хребтовой балке рамы кузова, содержащую сваренные между собой вертикальные стенки, верхнюю горизонтальную и нижние наклонные полки, и торцевую стенку, сваренную с лобовой балкой и выполненную из верхней обвязки, крайних и средних вертикальных стоек, соединяющих торцевую стенку с лобовой балкой, листовой обшивки и ряда горизонтальных несущих поясов. Верхняя горизонтальная полка лобовой балки выполнена с вертикальной отгибкой вверх, и на последнюю наложена вертикальная стенка лобовой балки с приваркой внахлестку с образованием уступа, в котором размещена и аналогично приварена листовая обшивка торцевой стенки, при этом крайние и средние вертикальные стойки выполнены с плоскими привалочными поверхностями и наложены этими поверхностями на вертикальную стенку лобовой балки.
В данном патенте отсутствуют горизонтальные пояса, что значительно снижает прочность конструкции.
Известен патент RU №164028 на полезную модель «Стена торцевая железнодорожного полувагона» (МПК B61D 17/06, B62D 33/023, опубл. 20.08.2016). Стена торцевая железнодорожного полувагона содержит лист обшивки и каркас, состоящий из крайних стоек, средних стоек, верхней обвязки и поясов из цельных профилей, при этом пояса и крайние стойки с одной стороны установлены на одной плоскости, а с другой стороны один пояс выступает фронтальной поверхностью за фронтальные поверхности крайних стоек. Перепад между фронтальной поверхностью пояса и фронтальной поверхностью крайней стойки в узле их соединения устранен посредством скоса крайней части пояса, плавно переходящего от высоты пояса к высоте стойки.
Недостатками аналога является то, что горизонтальный пояс 6 выполнен в виде двутавровой балки, внутри которой скапливается вода и мусор. Также при установке в торцевую стену в поясе 6 необходимо делать скосы кромок в углах, что увеличивает трудоемкость изготовления всей конструкции стенки.
Также известен патент RU №2341389 на изобретение «Стена кузова грузового вагона боковая и/или торцевая» (МПК B61D 17/06, опубл. 20.12.2008). Стена кузова грузового вагона боковая и/или торцевая изготовлена из полых прессованных панелей и имеет угловые стойки, верхнюю и нижнюю обвязки из прессованного профиля. Панели по длине расположены в горизонтальном направлении и состоят из двух плоских наружных стенок и внутренних ребер жесткости. Длина панелей равна длине стены, а стенки панелей имеют толщину 3-6 мм, и расстояние между ними составляет 40-120 мм. Стенки панелей могут иметь одинаковую или разную толщину. Внутренние ребра жесткости панелей имеют толщину 2-4 мм, и угол наклона их друг к другу составляет 60°.
Недостатками данного аналога являются большая трудоемкость и дороговизна изготовления алюминиевых панелей с многочисленными элементами жесткости.
Известен патент RU №74610 на полезную модель «Железнодорожный полувагон» (МПК B61D 17/06, B61D 3/00, опубл. 10.07.2008). Суть полезной модели - в усилении и усовершенствовании железнодорожного полувагона содержащего две тележки, автотормоз, тормоз стояночный, раму, две установки автосцепки, кузов с установкой крышек люков, закрепленный на раме и включающий две боковые стены и две торцевых стены, которые выполнены в виде сварных конструкций, каждая из которых содержит обвязку верхнюю, обвязку нижнюю, две стойки угловых, панель, два пояса и две стойки. При этом пояс верхний и пояс нижний выполнены из Ω-образного профиля и при приварке его к панели создается замкнутый контур на всю ширину торцевой стены, а каждая из стоек выполнена из П-образного профиля и состоит из двух частей - стойки средней и стойки нижней, которые сваркой крепятся к поясу верхнему, панели, поясу нижнему, образуя замкнутый профиль на всей длине крепления.
Недостатками аналога является то, что омегообразный профиль пояса торцевой стены добавляет дополнительную массу к кузову вагона и также данный тип профиля имеет большую трудоемкость изготовления за счет применения специального прокатного оборудования или дополнительных операций гибки, следовательно, значительно повышается стоимость изделия.
Известен патент RU №126296 на полезную модель «Торцевая стена полувагона» (МПК B61D 17/06, опубл. 27.03.2013). К вертикальным подкрепляющим элементам, выполненным из двутавра, примыкают три горизонтальных подкрепляющих элемента, выполненных из швеллера с меньшим моментом сопротивления. Верхняя обвязка выполнена из замкнутого профиля коробчатого сечения, а угловые стойки - из швеллера. Благодаря мощным вертикальным подкрепляющим элементам, соединенным с мощной верхней обвязкой, обеспечивается необходимая прочность торцевой стены от воздействия продольных сил.
Недостатками аналога является то, что торцевая стена данной конструкции не совсем рационально учитывает характер нагрузки, поэтому масса такой стены будет больше за счет большого сечения вертикальных элементов и верхней обвязки.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является патент RU №2566829 на изобретение «Стена торцевая железнодорожного полувагона» (МПК B61D 17/06, B61D 3/00, опубл. 27.10.2015), который выбран в качестве прототипа. Стена торцевая железнодорожного полувагона содержит лист обшивки и каркас, состоящий из крайних стоек, средних стоек, верхней обвязки и поясов. Пояса и крайние стойки с одной стороны установлены на одной плоскости, с другой стороны, по крайней мере, один пояс, выполненный составным из основных профилей и соединительных элементов, выступает фронтальными поверхностями основных профилей за фронтальные поверхности крайних стоек.
Недостатками прототипа по сравнению с предлагаемой полезной моделью являются повышенная металлоемкость и дополнительные трудозатраты на изготовление составного пояса торцевой стены, который включает три детали, и, соответственно, необходимо выполнить два дополнительных продольных сварных шва. Наличие сварных швов также снижает общую прочность изделия.
Технической проблемой, решаемой данной полезной моделью, является создание такой конструкции стены торцевой железнодорожного полувагона, которая бы обеспечивала улучшение ее технических характеристик по сравнению с известными аналогами, а именно позволяла бы добиться увеличения прочности и долговечности изделия в сочетании с уменьшением материалоемкости и снижением общих трудозатрат на изготовление.
Технический результат, на который направлено данное техническое решение, заключается в повышении прочности торцевой стены, что, в свою очередь, повышает долговечность всего кузова полувагона.
Достигается технический результат тем, что в стене торцевой железнодорожного полувагона, содержащей лист обшивки и каркас, состоящий из крайних стоек, средних стоек, верхней обвязки и поясов, согласно полезной модели пояса выполнены из чередующихся профилей прямоугольной и квадратной формы в поперечном сечении. На каркасе закреплена лестница. Прямоугольный профиль пояса имеет следующие возможные диапазоны размеров в поперечном сечении: Н - от 100 до 200 мм, L - от 50 до 200 мм, t - от 5 до 16 мм. Квадратный профиль пояса имеет следующие возможные диапазоны размеров в поперечном сечении: Н - от 100 до 200 мм, t - от 5 до 16 мм. Н и L - длины сторон профиля, t - толщина профиля. Наиболее предпочтительными размерами являются
для прямоугольного профиля: Н - 170 мм, L - 160 мм, t - 8 мм;
для квадратного профиля: Н - 150 мм, t - 8 мм.
Сущность полезной модели поясняется следующими фигурами:
фиг. 1, на которой представлена предлагаемая стена торцевая, где:
1 - лист обшивки;
2 – каркас;
3 - крайние стойки;
4 - средние стойки;
5 - верхняя обвязка;
6 - пояса;
7 - лестница;
и фиг. 2, на которой представлен разрез Б-Б фиг. 1, где:
8 - прямоугольный профиль пояса;
9 - квадратный профиль пояса.
Стена торцевая железнодорожного полувагона содержит лист обшивки 1 и каркас 2 с лестницей 7, состоящий из крайних стоек 3, средних стоек 4, верхней обвязки 5 и поясов 6. Каждый пояс выполнен из различных по конфигурации профилей в поперечном сечении, а именно пояса выполнены как сочетание прямоугольных 8 и квадратных 9 профилей.
Прямоугольный 8 профиль пояса имеет размеры: Н - от 100 до 200 мм, L - от 50 до 200 мм, t - от 5 до 16 мм. Квадратный 9 профиль пояса имеет размеры: Н - от 100 до 200 мм, t - от 5 до 16 мм.
Представленные диапазоны цифр покрывают существующие нагрузки на пояса торцевых стен, меньшие значения Н, L, t нецелесообразны с точки зрения недостаточной прочности, большие значения нецелесообразны с точки зрения большой массы профиля и его габаритов.
Каждый вид профиля имеет свою прочность и металлоемкость.
Прямоугольный 8 профиль имеет большую прочность в горизонтальном направлении, т.е. там, где в торцевой стене наибольшие нагрузки (пояса в торцевой стене), благодаря чему снижается металлоемкость, по сравнению с квадратным профилем (расчет представлен ниже).
Квадратный 9 профиль имеет равнопрочное сечение, его прочностные свойства в составе торцевой стены одинаковы как по вертикали, так и по горизонтали. В торцевой стене применение квадратного 9 профиля несколько увеличит массу, по сравнению с прямоугольным 8, однако квадратный 9 профиль аналогичной прочности имеет меньший габарит (расчет представлен ниже).
3
Например, на пояса торцевой стены действует нагрузка: изгибающий момент 4,2 т*м, допускаемое напряжение металла профилей 325 МПа, момент сопротивления 129 см, подбираем профиль по прочности:
прямоугольный профиль (размеры: 160×80×8 мм, длина 3000 мм, масса профиля 82 кг);
квадратный профиль (размеры: 131×131×8 мм, длина 3000 мм, масса профиля 86 кг).
Экономия металла составляет 86-82=4 кг на одном профиле. В вагоне, как правило, таких профилей на торцевых стенах 6-8 шт., следовательно, экономия на одном вагоне 24-32 кг по сравнению с используемыми вагонами в настоящее время, на 1000 вагонах 24-32 т, что по стоимости составляет 600-800 тыс. руб./1000 вагонов.
Таким образом, заявленная полезная модель прошла испытания в качестве опытного образца стены торцевой, которая изготавливается в промышленных условиях и предназначена для использования в промышленных целях, а именно в железнодорожных полувагонах, что позволяет считать заявленную полезную модель соответствующей критерию патентоспособности «промышленная применимость».
Применение сочетания поясов с различными формами профилей в поперечном сечении позволяет учитывать неравномерное распределение нагрузки на торцевую стену, обеспечивая ее прочность и долговечность, а также снижая стоимость всего изделия по сравнению с имеющимися аналогами за счет уменьшения металлоемкости и снижения трудозатрат на изготовление.