ВАГОН-ХОППЕР КРЫТЫЙ ДЛЯ ПЕРЕВОЗКИ СЫПУЧИХ ГРУЗОВ

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, в частности к вагонам для перевозки зерна, цемента, минеральных удобрений и других сыпучих грузов.
Известен четырехосный крытый хоппер Североамериканских железных дорог [1]. Кузов вагона несущей конструкции. Все конструктивные элементы рамы и кузова выполняются из гнутых и прокатных профилей и листового материала. Поперечное сечение кузова имеет грушевидную форму, позволяющую использовать гравитационно-пневматическую выгрузку. Кузов выполнен из цилиндрических полуобечаек, бункерных разгрузочных конусов и двух мощных профильных балок. Торцевая стена обшивается гладким металлическим листом и усиливается двумя диагональными раскосами. Наличие двух мощных боковых продольных балок следует отнести к недостаткам аналога.
Известен вагон для перевозки сыпучих грузов модели 19-3113 (ОАО «БМЗ-Вагон»), поперечное сечение которого представляет собой так же грушевидную форму со срезанной вершиной на ширину площадки, обеспечивающей размещение загрузочных люков. В нижней части поперечного сечения кузова установлены бункера с разгрузочными люками, попарно связанными между собой. С наружной стороны боковины кузова окантованы поперечными жесткостями, связанными с коробчатыми сечениями обвязки рамы и верхней окантовкой площадки размещения загрузочных люков. К основным недостаткам вагона следует отнести то, что имеет место большая потеря объема кузова в его верхней части. Кроме того, коробчатая форма балок обвязки рамы и верхних поясов приводит к необоснованному увеличению тары вагона.
Известен модульный хоппер-вагон [2], содержащий кузов каплевидной формы в поперечном сечении, оборудованный загрузочными люками на крыше и разгрузочными люками на днище бункеров, закрепленных ниже силовой рамы. Вагон оборудован усиленными консольными частями и элементами хребтовой балки до уровня шкворневых балок, жестко соединенных боковой обвязкой рамы и тавровыми поперечными балками, размещенными между бункерами в плоскости закрепления разъединительных стенок отсеков кузова. Разгрузочные люки оборудованы шиберными устройствами [3], имеющими сварной корпус и заслонку. К недостаткам этого вагона относятся общие для всех вагонов, имеющих кузова каплевидной формы и не использующих пневматическую систему разгрузки, немотивированная потеря полезного объема. Также сварная конструкция шиберных разгрузочных устройств не обеспечивает надежной защиты от просыпания перевозимых грузов.
Наиболее близким техническим решением предложенной полезной модели является вагон - хоппер для сыпучих грузов [4], патентообладатель ОАО «Рузхиммаш». Он содержит ходовые части, кузов, состоящий из крыши с верхними загрузочными люками и крышками, бункеров с нижними разгрузочными люками и крышками, торцевых стен с раскосами и боковых стен со стойками. Рама включает в себя боковые, лобовые, шкворневые и поперечные балки. Имеется механизм разгрузки, в состав которого входит ручной привод, система рычагов, тяг и валов, устройство блокировки загрузочных люков. Каркас крыши кузова выполнен из шпангоутов таврового сечения, а обвязка крыши выполнена из уголка. Стойки боковых стен установлены внутри кузова и выполнены также из шпангоутов таврового сечения. Средние стойки боковых стен кузова, жестко связанные с поперечными коньками, выполнены из шпангоутов таврового сечения с переменным радиусом кривизны. Обвязка боковых и торцевых стен выполнена посредством пластины. Крыша и боковые стены жестко соединены между собой через уголок и пластину. Шпангоуты крыши и боковых стен замкнуты по контуру в поперечном сечении кузова. Подвески крышек разгрузочных люков выполнены из труб соединенных между собой в треугольник и закреплены к кузову вагона с помощью втулок и осей, установленных на боковых стенах бункеров. В консольную часть рамы вагона введены две средние продольные балки, выполненные из Z- образного профиля, соединяющие, соответственно, лобовую, шкворневую и поперечные балки. Боковые балки выполнены из прямоугольной трубы. В механизме разгрузки в качестве ручного привода использован червячный редуктор, установленный в герметичный корпус.
Недостатками вагона-прототипа являются: сложность конструктивного исполнения и нетехнологичность его изготовления (криволинейная форма стоек боковых стен, изготовление их из сварного тавра, сочленение шпангоутов крыши со стойками боковых стен в поперечном сечении кузова и др.), отсутствие регулировочных элементов в подвесках крышек разгрузочных люков (затрудняет при монтаже обеспечение плотного прилегания к корпусу бункера), размещение червячного редуктора ручного привода механизма разгрузки в герметичном корпусе (по опыту эксплуатации аналогичного привода стояночного тормоза, герметичный корпус не является необходимым).
Предлагаемой полезной моделью решается техническая задача по усовершенствованию конструкции вагона-хоппера для перевозки сыпучих грузов. Обеспечивается уменьшение металлоемкости при сохранении прочности за счет создания цельнонесущего кузова, включающего пространственную раму с несущей хребтовой балкой. При этом используются стандартные прокатные и гнутые профили для элементов жесткости и обшивки. В маятниковую подвеску крышек разгрузочных люков вводятся регулировочные муфты. За счет этих мероприятий улучшается удобство обслуживания, технологичность изготовления вагона и погрузочно-разгрузочных операций, снижается масса тары, увеличивается грузоподъемность и повышается эксплуатационная надежность.
Для достижения указанного технического результата вагон-хоппер для перевозки сыпучих грузов содержит кузов, установленный на ходовые части. Кузов состоит из крыши с верхними загрузочными люками и крышками и оборудован устройством блокировки и централизованного пломбирования загрузочных люков. Каркас крыши кузова выполнен из шпангоутов U-образного сечения, а обвязка выполнена из горячекатаного уголкового профиля. Торцевые стены кузова с раскосами изготовлены из тонколистового проката и подкреплены П-образными элементами жесткости. Боковые стены кузова со стойками, установленными внутри кузова несимметрично относительно вертикальных ребер промежуточных балок рамы и выполненными из горячекатаных швеллеров, имеют обшивку из тонколистового гнутого профиля. При этом средние стойки боковых стен жестко связаны с вертикальными ребрами промежуточных балок рамы. Бункера с нижними разгрузочными люками и крышками оборудованы механизмом разгрузки, в состав которого входит ручной привод, система рычагов, тяг и валов. Подвески крышек разгрузочных люков выполнены из горячекатаного круглого профиля, включают в себя регулировочные муфты и соединены между собой в треугольник, при этом они закреплены шарнирно на поперечных балках рамы и на кронштейнах крышек. Рама включает в себя хребтовую балку, боковые, лобовые, шкворневые и поперечные балки. Отогнутые навстречу друг другу грани поперечных стенок смежных бункеров совместно с вертикальными ребрами и горизонтальными полками образуют промежуточные балки рамы. Хребтовая балка изготовлена из Z-образного профиля, а лобовые и боковые балки - из гнутого профиля. Шкворневые балки коробчатого сечения и изготовлены из листового профиля.
Предлагаемое техническое решение иллюстрируется чертежами. Где на представленных фигурах изображено:
фиг.1 - общий вид вагона-хоппера для перевозки сыпучих грузов (в изометрии);
фиг.2 -ломаный разрез [6] кузова вагона-хоппера (в изометрии);
фиг.3 - вид на «маятниковый» подвес крышек разгрузочных люков и механизм их открывания и закрывания;
фиг.4 - механизм открывания и закрывания крышек разгрузочных люков (в изометрии).
Кузов 1 вагона-хоппера крытого для сыпучих грузов устанавливается на серийно выпускаемые двухосные тележки 2 и оборудуется ударно-тяговыми приборами 3, системой автоматического тормоза 4 с индивидуальным приводом на каждую тележку. Стояночным тормозом 5 оборудована одна из тележек.
Кузов выполнен несущей конструкции и состоит из: пространственной рамы, боковых 6 и торцевых 7 стен, крыши 8 с загрузочными люками 9, оборудованной устройством блокировки и централизованного пломбирования 10, бункеров 11 с разгрузочными люками, крышек разгрузочных люков 12 с механизмами их открывания и закрывания 13.
Рама пространственной конструкции состоит из хребтовой 14, лобовых 15, шкворневых 16, промежуточных 17 балок и боковой обвязки 18. Хребтовая балка в пересечении со шкворневой балкой образует шкворневой узел. В шкворневом узле размещается объединенная отливка надпятниковой коробки с задним упором автосцепки, а косынки 19 из уголкового профиля, установленные между верхними листами шкворневой балки и хребтовой балкой по направлению к кузову, решают проблему прочности этого узла при действии ударных нагрузок и растягивающих сил при трогании состава. В зоне пересечения хребтовой балки с лобовым брусом размещается передний упор объединенный с розеткой. В зоне постановки бункеров нижние полки 20 зетов, из которых состоит хребтовая балка, вырезаны таким образом, что внутренние продольные стенки 21 бункеров являются продолжением вертикальных стенок 22 хребтовой балки. Между концами шкворневых балок 16 и хребтовой балкой в зоне соединения ее с торцевой стеной 7 кузова установлены раскосы 23 коробчатого сечения. Боковая обвязка 18 рамы представляет собой стандартный гнутый угловой профиль, на который подвешиваются продольные стены 24 бункеров. Между крайним бункером и шкворневой балкой боковая обвязка усилена стандартным гнутым профилем 25. Поперечные стены 26 бункеров в верхней части имеют отогнутые навстречу друг другу грани, которые совместно с вертикальными ребрами 27 и горизонтальными полками 28 образуют промежуточные балки 17 рамы.
Боковые стены кузова состоят из тонколистового гнутого профиля 29, подкрепленного внутри кузова стойками 30 из горячекатаного швеллера. Стойки боковых стен установлены не симметрично относительно вертикальных ребер 27 промежуточных балок рамы. Стенками [5] швеллеры стоек боковых стен привариваются к вертикальным ребрам промежуточных балок рамы, а полками подкрепляют обшивку боковых стен. Зоны соединения стоек 30 боковой стены с вертикальным ребром 27 поперечной балки рамы усилена раскосом 31 треугольной формы из листового металла. Верхняя обвязка 32 боковых стен выполнена их горячекатаного углового неравнополочного профиля.
Торцовые стены 7 кузова изготовлены из тонколистовой стали и подкреплены вертикально расположенными балками 33 из гнутого П-образного профиля. В нижней части торцовые стены являются продолжением отогнутых граней поперечных стенок бункеров, а в верхней части выполнены вертикально и стыкуются с верхней обвязкой 32, изготовленной из горячекатаного углового неравнополочного профиля. В зоне перехода бункеров в торцовые стены установлены поперечные балки 34 из гнутых неравнополочных профилей. Торцевые стены кузова подкреплены вертикальными стойками 35 и раскосами 36, расходящимися под углом от верхней плоскости шкворневой балки, на которую они опираются. Эти стойки и раскосы замыкаются на торцовую стену через горизонтально расположенную балку 37 из гнутого профиля.
Крыша 8 состоит из каркаса 38 и обшивки 39 из тонколистового металла с продольными гофрами. Дуги каркаса крыши изготовлены из гнутого U-образного профиля и опираются на верхние обвязки 40 из горячекатаного углового профиля. Вдоль продольной оси крыши расположены загрузочные люки 9 прямоугольной со скругленными углами формы. Крышки загрузочных люков - штампованные из тонколистовой стали и подвешены к люкам с помощью петель 41. Каждая крышка имеет запорный механизм 42. Все загрузочные люки оборудованы централизованным механизмом пломбирования 10. Пломба устанавливается с переходной площадки 43 рамы вагона.
Крышки разгрузочных люков 12 имеют «маятниковый подвес», шарнирно закрепленный на промежуточных балках рамы вагона. Ось установки шарнира 44 смещена по горизонтали от центра тяжести 45 крышек разгрузочных люков с расположенным на них грузом наружу от продольной оси вагона на величину «Б», обеспечивающую открывание крышек под воздействием на них груза при разблокированном механизме разгрузки.
Маятниковый подвес с каждой поперечной стороны крышки 12 представляет собой две расположенные под углом тяги 46 из горячекатаного профиля круглого сечения с регулирующими их длину муфтами 47, которые шарнирно соединены с кронштейнами 48 поперечных балок крышек разгрузочных люков 12. Крышки двух пар разгрузочных бункеров приводятся в движение с помощью механизма открывания и закрывания состоящего из системы продольных валов 49, поперечных двуплечих рычагов 50 и поперечных криволинейных тяг 51. Криволинейные тяги 51 обеспечивают переход через мертвую точку на величину «А» двуплечих рычагов 50 при полностью закрытых разгрузочных люках, чем достигается надежное блокирование механизма разгрузки. Переход через мертвую точку двуплечих рычагов 50 достигается за счет деформации уплотнителя, расположенного по периметру разгрузочного отверстия бункеров, и деформации криволинейных тяг 51. Механизм открывания и закрывания разгрузочных люков приводится в движение от червячной пары 52 с приводным валом 53 с маховиком 54, которой выведен на сторону вагона и шарнирно подвешен к промежуточной балке рамы.
На вагоне-хоппере обеспечена надежная плотность закрывания крышек загрузочных и разгрузочных люков, т.к. они оборудованы уплотнителями, исключающими потери груза и возможность попадания атмосферной влаги внутрь вагона.
Применение в конструкции вагона стандартных гнутых и горячекатаных профилей позволяет повысить технологичность изготовления и упростить конструкцию вагона.
Предложенная конструкция кузова и бункеров позволяет увеличить объем нижней части кузова, понизить его центр тяжести, а также создает оптимальную возможность истечения груза при разгрузке и его полную выгрузку без остатка.
Использованная усовершенствованная конструкция механизма открывания-закрывания разгрузочных люков обеспечивает надежность работы механизма, а также дозированную (при необходимости) разгрузку.
Предлагаемая конструкция вагона-хоппера для сыпучих грузов позволяет исключить недостатки серийно-выпускаемых вагонов, обеспечить необходимую прочность, уменьшить металлоемкость и снизить массу тары, а также улучшить условия обслуживания, и в целом повысить эксплуатационную надежность, технологичность изготовления и грузоподъемность вагона.
Источники информации.
1. Патент США 4,922,833 от 8 мая 1990 г.
2. Http://www/fips.ru/. Патент на полезную модель RU 33913 U1 от 08.07 2003 г.
3. Http: //www/fips.ru/. Патент на полезную модель RU 47833 U1 от 17.12.2004 г.
4. Http://www/fips.ru/. Патент на полезную модель RU 62877 U1 от 12.12.2006 г.
5. В.И.Анурьев. Справочник конструктора-машиностроителя. Том 1. М. «Машиностроение». 1980. С.145-146.
6. ГОСТ 2.305-2008. Единая система конструкторской документации.
Изображения - виды, разрезы, сечения. С.2