Вагон сочлененного типа для перевозки грузов

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, а именно к вагонам сочлененного типа для перевозки грузов.
Сочлененными вагонами являются вагоны различного типа - сочлененные грузовые вагоны - платформы, сочлененные грузовые полувагоны (открытые вагоны), сочлененные грузовые крытые вагоны, сочлененные вагоны - хопперы, сочлененные вагоны - самосвалы (думпкары), сочлененные цистерны. Общим для всех вагонов сочлененного типа является то, что они содержат две отдельных секции, опирающихся на общую (среднюю) тележку (см. ГОСТ 33211-2014). Секции сочлененного вагона соединены между собой узлом сочленения - устройство, передающее силы между соседними секциями вагона сочлененного типа и обеспечивающее их опору на общую тележку (см. ГОСТ 33211-2014).
бв
a
a
г
c
c
г
Из патента РФ №206031 известен железнодорожный вагон для перевозки автомобилей, состоящий из сочленённых узлом сочленения секций, каждая из которых содержит раму, несущую грузовой кузов для размещения автомобилей, крайних ходовых тележек, автосцепных устройств, при этом секции через узел сочленения опираются на общую ходовую тележку, грузовые кузова секций соединены между собой гибким соединением, при этом отношение величины базы вагона L к расстоянию L по осям сцепления автосцепных устройств составляет от 0,8 до 0,88, при этом расстояние L по осям сцепления автосцепных устройств выполнено в диапазоне от 30000 до 50000 мм; отношение длины L гибкого соединения к величине базы секции L составляет от 0,041 до 0,068, при этом величины баз секции L выполнены в диапазоне от 12000 до 22000 мм, длина L гибкого соединения - в диапазоне от 500 до 1500 мм.
Недостатком вагона по патенту №206031 является то, что его геометрические размеры являются неопределенными, что не позволяет прогнозировать его поведение в процессе эксплуатации, не позволяет определить возможность его четкого позиционирования на путях, а именно: невозможно прогнозировать при заявленных габаритах сцепляемость автосцепки при прохождении кривых и наклонных участков путей, а также невозможно точно обеспечить нахождение вагона в пределах ограничительного контура при прохождении кривых участков путей. Указанный недостаток вагона по патенту №206031 обусловлен тем, что параметры вагона определяются, в том числе, с учетом длины гибкого соединения. Гибкое соединение является подвижным, изменяющим свои параметры при движении вагона. Длина гибкого соединения будет изменяться в процессе движения вагона, при этом она будет изменяться разным образом на участках с различной кривизной и наклонами.
Из патента РФ №185360 на полезную модель известен железнодорожный вагон, содержащий кузов, включающий две секции, соединённые между собой с помощью узла сочленения, установленные своими консольными частями на крайние ходовые тележки и в области узла сочленения на общую среднюю ходовую тележку, при этом расстояние d между секциями кузова не превышает значения, равного:
d=0,25Б-К,
где Б - длина базы вагона,
К - длина консольной части секции
Сочлененный вагон - платформа по патенту №185360 выбран в качестве наиболее близкого аналога.
Полезной моделью по патенту №185360 устранены недостатки полезной модели № 149541.
Недостатком вагона по патенту №185360 является его ненадежность, низкая маневренность, обусловленные жесткостью конструкции всего сочлененного вагона, что осложняет прохождение вагоном участков железнодорожных путей на изгибах (особенно, если такие изгибы будут достаточно острыми). Сочлененный вагон по патенту №185360 содержит один кузов, включающий две секции. Но, поскольку кузов один, следовательно, обе его секции имеют общие конструктивные элементы, или один общий конструктивный элемент (это могут быть или боковые продольные балки рамы кузова, являющейся неотъемлемой несущей частью кузова, или настил пола или иной конструктивный элемент). При этом кузов (один кузов) опирается на три тележки. Наличие общего конструктивного элемента, объединяющего обе секции в один кузов, обусловливает жесткость конструкции всего сочлененного вагона, снижает его маневренность - возможность поворота обеих несущих частей относительно друг друга. Поэтому при прохождении сочлененным вагоном по патенту №185360 путей с изгибами возможно повреждение общих конструктивных элементов сочлененного вагона в его средней части (в месте поворота одной секции относительно другой), кроме того, отсутствие возможности поворота одной секции относительно другой из-за наличия общих конструктивных элементов при значительной длине всего сочлененного вагона может привести к сходу вагона с рельсов при прохождении участков железнодорожных путей на изгибах. Кроме того, известно (из ГОСТ 33211-2014), что устройство сочленения - устройство, передающее силы между соседними секциями вагона сочлененного типа и обеспечивающее их опору на общую тележку. При наличии у соседних секций сочлененного вагона общих конструктивных элементов, устройство сочленения будет функционировать неэффективно, поскольку на возможность передачи сил между соседними элементами будет влиять наличие у секций общих конструктивных элементов, влияющих на функционирование узла сочленения. Неэффективное функционирование узла сочленения в вагоне по патенту №185360 будет снижать надежность и маневренность вагона в целом.
Расстояние d между секциями вагона у наиболее близкого аналога не превышает значения, равного: d=0,25Б-К, где Б - длина базы вагона, К - длина консольной части секции.
Как следует из фигуры 1 наиболее близкого аналога, консольная часть секции в полезной модели по патенту №185360 включает, в том числе, выступающую часть автосцепного устройства.
Заявитель считает, что формула d=0,25Б-К, задающая геометрические параметры сочлененного вагона, при которых обеспечивается увеличение объёма и грузоподъёмности кузова вагона в полезной модели №185360, не отражает правильности и корректности увеличения полезного объема в консольной части каждой секции сочлененного вагона, так как вылет автосцепного устройства находится за пределами концевой балки, ограничивающей кузов секции вагона.
Также заявитель считает, что формула d=0,25Б-К, задающая геометрические параметры сочлененного вагона, при которых обеспечивается увеличение объёма и грузоподъёмности кузова вагона в полезной модели №185360, не отражает геометрические параметры вагона сочлененного типа и не привязана к конкретным значениям длины вагона, соответственно не может быть применима ко всем типам вагонов сочлененного типа. Для примера рассмотрим патент №206031, в котором по аналогии параметр Б будет составлять от 24000 мм до 44000 мм, а параметр К будет составлять 3000 мм.
Тогда, подставив значения в формулу d=0,25Б-К, получим значение d в диапазоне от 3000 мм до 8000 мм. Таким образом, данная формула увеличивает расстояние между секциями (для примера в патенте №206031 оно находится в диапазоне от 500 мм до 1500 мм), т.е. никаким образом не влияет на увеличение полезного объема и грузоподъемности вагона. Напротив, имеют место потери грузоподъемности по отношению к вагонам с такой же длиной, за счет нецелесообразного увеличения расстояния d между секциями.
Предположительно, формула d=0,25Б-К может быть эффективной при проектировании вагонов сочлененного типа для перевозки насыпных и навалочных грузов по типу вагонов-хопперов или полувагонов, относящихся к вагонам I группы («Нормы для расчета и проектирования вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных)», таблица 8.2), у которых длина по осям сцепления автосцепок менее 21 м.
При проектировании вагонов с длиной по осям сцепления автосцепок формула d=0,25Б-К теряет смысл и имеет значения, которые увеличивают длину состава поезда в несколько раз, при этом эта длина неэффективна ввиду недоиспользования полезного объема из-за увеличенного и необоснованного расстояния между секциями сочлененного вагона.
Техническая проблема, решаемая предлагаемой полезной моделью - повышение надежности и маневренности вагона сочлененного типа для перевозки грузов при повышении его объема и грузоподъемности; расширение арсенала средств (вагонов), предназначенных для перевозки грузов.
Технический результат, достигаемый полезной моделью - повышение надежности, маневренности и устойчивости вагона сочлененного типа для перевозки грузов при одновременном повышении его объема и грузоподъемности; обеспечение возможности перевозки грузов, в том числе автомобилей.
в
б
c
Технический результат достигается за счет того, что вагон сочлененного типа для перевозки грузов, содержащий две секции, соединённые между собой посредством узла сочленения, автосцепные устройства, секции установлены своими консольными частями на крайние ходовые тележки и в области узла сочленения на общую среднюю ходовую тележку, согласно полезной модели, каждая секция содержит несущую часть и выполнена опирающейся на две тележки, при этом одна средняя тележка является общей для обеих секций, вагон выполнен с отсутствующим общим жестким конструктивным элементом секций, при этом расстояние d между секциями вагона составляет не менее d=(0,15÷0,157)⋅(L-L), а отношение расстояния d между секциями вагона к длине полубазы вагона L находится в диапазоне 0,038÷0,04.
б
где L - длина базы вагона,
c
L - длина полубазы вагона,
в
L - длина вагона без учета автосцепных устройств.
Несущая часть каждой секции выполнена в виде рамы.
Несущая часть каждой секции выполнена в виде полурам.
Заявляемая полезная модель осуществляется следующим образом.
Заявляемая полезная модель поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображен заявляемый сочлененный вагон - вид сбоку.
На фиг. 2 показан график оценки проходимости сцепа по расчетным значениям по ограничительному контуру.
На фиг. 3 представлена расшифровка кривых, представленных на фиг. 2.
Позиции на фигурах:
1, 2 - секции вагона сочлененного типа;
3 - автосцепки (автосцепные устройства);
4 - узел сочленения;
5, 6, 7 - ходовые тележки вагона сочлененного типа;
8 и 9 - несущие части секций 1 и 2.
в
б
c
б
c
в
Заявляемый вагон сочлененного типа для перевозки грузов содержит две секции 1 и 2, соединённые между собой посредством узла сочленения 4; автосцепные устройства 3; секции 1 и 2 установлены своими консольными частями на крайние ходовые тележки 4 и 6 и в области узла сочленения 4 на общую среднюю ходовую тележку 5. Каждая секция 1 и 2 содержит несущую часть 8 или 9 и выполнена опирающейся на две тележки (5 и 6 или 6 и 7), при этом одна средняя тележка 6 является общей для обеих секций 1 и 2; секции выполнены с отсутствующим общим жестким конструктивным элементом, при этом расстояние d между секциями 1 и 2 вагона составляет не менее d=(0,15÷0,157)⋅(L-L), а отношение расстояния d между секциями вагона к длине полубазы вагона L находится в диапазоне 0,038÷0,04 где L - длина базы вагона, L - длина полубазы вагона, L - длина вагона без учета автосцепных устройств.
Следует отметить, что несущие части вагонов, в том числе вагонов сочлененного типа представляют собой или рамы или полурамы, содержащие хребтовую балку, лобовые балки, шкворневые и поперечные балки, а также несущие грузовой кузов. В заявляемой полезной модели не приведены сведения о конкретном варианте выполнения рамы или полурам, т.к. в качестве рамы или полурам могут быть применены любые известные конструкции. Конкретная конструкция рамы или полурам не влияет в данной полезной модели на заявляемый технический результат.
Поскольку секции 1 и 2 вагона сочлененного типа выполнены самостоятельными, независимыми, с отсутствующим общим жестким конструктивным элементам, не будет нарушено функционирование узла сочленения, который будет распределять силу между секциями сочлененного вагона корректно, в соответствии с расчетными прогнозными значениями. Кроме того, поскольку секции вагона сочлененного типа выполнены с отсутствующим общим жестким конструктивным элементом, при прохождении участков с изгибами будут отсутствовать конструктивные элементы, которые при этом могут быть деформированы или повреждены, следовательно, обеспечивается повышение надежности вагона сочлененного типа по сравнению с наиболее близким аналогом. Кроме того, отсутствие общих конструктивных элементов вагона сочлененного типа обеспечивает надлежащую маневренность вагона при прохождении участков с изгибами, при этом заявляемый вагон сочлененного типа имеет повышенную маневренность по сравнению с наиболее близким аналогом за счет возможности поворота одной секции относительно другой при прохождении участков с изгибами.
В заявляемом вагоне сочлененного типа расстояние d между секциями одного сочлененного вагона определяется с учетом следующих параметров:
в
б
б
в
- d=(0,15÷0,157)⋅(L-L), где L - длина базы вагона, L - длина вагона без учета автосцепных устройств;
c
- отношение расстояния d между секциями вагона к длине полубазы вагона L находится в диапазоне 0,038÷0,04.
Указанные правила выбора расстояния d между секциями были определены методом подбора (в процессе компьютерного моделирования) исходя из обеспечения сцепляемости автосцепки при прохождении кривых и наклонных участков путей.
Следует отметить, что для увеличения грузоподъемности и объема вагона сочлененного типа стремятся, помимо иных возможностей сократить расстояние между секциями вагона, что позволит при использовании иных известных возможностей увеличить габаритные размеры секций в пределах одной и той же длины вагона сочлененного типа, увеличив таким образом объем перевозимого груза и грузоподъемность вагона.
Однако, наряду с увеличением объема и грузоподъемности вагона сочлененного типа, необходимо обеспечивать его надлежащую надежность при эксплуатации, т.к. чрезмерное сближение секций вагона может привести к некорректному функционированию узла сочленения, который может воспринимать чрезмерные нагрузки, что может привести к его поломке или деформации, или же ненадежность и некорректность функционирования узла сочленения может привести к неустойчивому положению секций на изгибах путей.
Также при неправильном выборе расстояния d между секциями вагона возможна потеря сцепляемости автосцепок между вагонами при прохождении кривых участков путей, что также будет снижать надежность, устойчивость и маневренность вагона.
Заявителем путем имитационного моделирования, исходя из обеспечения надежного и корректного функционирования узла сочленения было определено, что расстояние d между секциями вагона сочлененного типа при их независимости (отсутствии общих жестких конструктивных элементов) должно быть определено в соответствии со следующим:
в
б
б
в
- d=(0,15÷0,157)⋅(L-L), где L - длина базы вагона, L - длина вагона без учета автосцепных устройств;
c
- отношение расстояния d между секциями вагона к длине полубазы вагона L находится в диапазоне 0,038÷0,04.
в
c
б
Например, в соответствии с приведенной выше формулой при L=48400 мм, L=21500 мм, L=43000 мм, расстояние d будет находиться в пределах от 810 мм до 848 мм.
Выбор расстояния d в соответствии с указанными формула подтверждается графиком оценки проходимости сцепа по расчетным значениям по ограничительному контуру согласно нормативной документации (ГОСТ 33211-2014 и «Норм для расчета и проектирования вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных)»).
в
c
б
в
c
б
При соблюдении приведенного выше соотношения между d, L, L и L обеспечивается баланс при распределении нагрузок по длине секций вагона сочлененного типа (в том числе на консольные части без учета автосцепных устройств), а также на узел сочленения, при котором нагрузки, воспринимаемые узлом сочленения всегда будут находиться в пределах допустимых. Также при соблюдении приведенного выше соотношения между d, L, L и L обеспечивается надежное и устойчивое положение вагона сочлененного типа на изгибах дорог, в том числе за счет сохранения сцепляемости автосцепки (см. фиг. 2).
Сцепляемость автосцепки заявляемого вагона проверялась в соответствии с ГОСТ 33211-2014. Фиг. 2 с кривыми, по отношению к которым проверялось качество автосцепки заявляемого вагона, в полной мере соответствует рис. 8.2 ГОСТ 33211-2014.
Как следует из пояснений на стр. 38 ГОСТ 33211-2014, проход сцепа по кривой обеспечен, если точка с координатами (α, α') находится внутри образованного соответствующей ограничительной линией и осями координат, и не обеспечен при ее положении снаружи этого контура.
На фиг. 2 кривыми разного цвета показаны диапазоны (внутри кривых), в которых обеспечивается сцепляемость различных типов вагонов (в полном соответствии с рис. 8.2 ГОСТ 33211-2014).
в
c
б
в
б
c
Сцепляемость заявляемого вагона проверялась при L=48400 мм, L=21500 мм, L=43000 мм; d=0,153⋅(L-L), отношение расстояния d между секциями вагона к длине полубазы вагона L составляет 0,039.
На фиг. 2 видно, что сцепляемость заявляемого вагона не выходит за рамки сцепляемости вагонов, принятых за эталон (см. фиг. 3 - пояснения к видам кривых, представленных на фиг. 2).
На фиг. 3 под проектируемым вагоном понимается заявляемый сочлененный вагон, находящийся в стадии проектирования.
Как следует из фиг. 2 заявляемый вагон сочлененного типа обеспечивает надлежащую сцепку на кривых участках с сохранением требуемой надежности функционирования узла сочленения с точки зрения воспринимаемых нагрузок и с точки зрения обеспечения надежного и устойчивого положения на изгибах путей. Одновременно в пределах известных (достаточно высоких) значений длины вагона сочлененного типа максимально снижается возможное расстояние между секциями, что позволяет увеличить объем транспортируемого груза (полезный объем) и грузоподъемность вагона до 11 %.
Поскольку расстояние d в заявляемом вагоне определено относительно жестких параметрах вагона (неизменных для конкретной конструкции вагона), это позволяет на этапе проектирования задавать геометрические параметры конструкции вагона, обеспечивающие его прогнозируемую надежность, устойчивость и маневренность.
Возможность прогнозирования позиционирования заявляемого вагона на кривых участках путей, обеспечивающих его реальную надежность и устойчивость максимально близкой к расчетной, позволяет применять заявляемую конструкцию вагона для любых видов грузов, в том числе, для перевозки автомобилей.
Таким образом, заявляемая полезная модель обеспечивает повышение надежности и маневренности вагона сочлененного типа для перевозки грузов при одновременном повышении его объема и грузоподъемности.
Достигаемые технические результаты обеспечиваются общей совокупностью признаков отличительной части формулы полезной модели и находятся, в силу этого, в причинно-следственной связи между собой.