УСТРОЙСТВО ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ ГРУЗОВ НА ВАГОНЕ-ПЛАТФОРМЕ ДЛЯ ПЕРЕВОЗКИ ЛИСТОВОГО ПРОКАТА В РУЛОНАХ

Полезная модель относится к железнодорожному подвижному составу и касается грузовых вагонов, предназначенных для перевозки листового проката в рулонах диаметром от 860 мм до 2400 мм и массой от 5 т до 30 т.
Известен вагон для перевозки стали в рулонах или навалочных грузов [1], содержащий сварную раму со сцепным и тормозным оборудованием, установленную на ходовые тележки и закрепленный на раме кузов, образованный двумя боковыми и двумя торцевыми стенами с настилом пола, при этом в кузове выполнены ложементы для рулонов в виде сварной конструкции, состоящей из двух наклонных в противоположные стороны листов, расположенных в контакте с настилом пола и соединенных друг с другом в верхней части. Предполагается, что после выгрузки рулонов стали, в вагон может быть погружен любой сыпучий груз, разгрузка которого возможна на вагоноопрокидывателе.
Недостатком такой конструкции является низкая грузоподъемность при сравнительно высокой металлоемкости, вызванной наличием боковых и торцевых стен кузова, а так же ненадежным креплением рулонов от перемещений вдоль продольной и поперечной осей вагона. Предполагаемые преимущества такого вагона (возможность перевозки сыпучих грузов) не компенсируют потери, вызванные повышенной тарой и высокой трудоемкостью очистных работ после разгрузки сыпучих грузов, а так же креплением груза после погрузки.
Известны также железнодорожные платформы для перевозки листовой стали в рулонах с размещением рулонов вдоль вагона [2], [3], [4]. Платформа [2] состоит из рамы, установленной на две ходовые тележки типовой конструкции, включающей в себя хребтовую, две боковые, поперечные, шкворневые, концевые и промежуточные балки. Верхняя плоскость рамы покрыта сплошным листом, на котором размещаются две средние подвижные (каждая состоит из двух частей в длину) и две крайние неподвижные опоры. Подвижные опоры выполнены в поперечном сечении в виде неравносторонних треугольных призм. Для ограничения продольного и поперечного перемещения подвижных опор, на полу рамы закреплены упоры в форме призм, которые и выполняют функцию направляющих. Для удержания рулонов стали от продольного перемещения от действия продольных сил в процессе движения вагона, предусмотрены поперечные балки, которые фиксируются штырями на продольных опорах.
Недостатком этой группы платформ является установка рулонов стали вдоль продольной оси. В таком положении для удержания рулонов от перемещения по направлению действия продольных сил, возникающих в процессе эксплуатации, требуются достаточно металлоемкие поперечные балки, что приводит к необоснованному увеличению тары вагона. Также возникает необходимость подбора рулонов стали по диаметру и длине, кратных длине погрузочной поверхности платформы.
В качестве прототипа выбран вагон-платформа для рулонов стального листового проката [5]. Платформа представляет собой установленную на две ходовые тележки раму, состоящую из хребтовой, двух боковых, шкворневых и поперечных балок, имеющую типовое автосцепное и тормозное оборудование. Сверху на раме установлено шесть поперечных опор, четыре из которых жестко соединены с рамой, а две - подвижные. Наличие подвижных опор позволяет расширить номенклатуру перевозимых рулонов в диапазоне от 1100 мм до 2100 мм по диаметру. Поперечные опоры оснащены передвижными упорными балками, удерживающими рулоны стали от поперечного смещения.
Недостатком этой конструкции является способ шарнирного закрепления передвижных упорных балок на верхнем гребне поперечных опор.
Он не обеспечивает сохранность шарнирных узлов в процессе погрузки рулонов, т.к. даже легкое касание рулоном гребня опор при погрузке приводит к заклиниванию шарниров. Кроме того платформа имеет низкую грузоподъемность при сравнительно высокой металлоемкости, вызванной конструктивными особенностями построения основных несущих элементов. А конструктивное исполнение поперечных опор не позволяет, даже при наличии двух подвижных опор, осуществить перевозку всей номенклатуры изготавливаемого металлургической промышленностью листового проката в рулонах (по диаметру - от 860 мм до 2400 мм и массой от 5 т до 30 т).
Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что для обеспечения перевозки всей номенклатуры изготавливаемого металлургической промышленностью листового проката в рулонах и надежного их крепления во время транспортировки, рама платформы выполнена из хребтовой балки переменной по длине высоты из двутаврового профиля, а боковые балки - из двутаврового профиля равной высоты по всей длине. Поперечные элементы рамы имеют сварную конструкцию из листового проката. На раме смонтированы четыре неподвижных и две подвижных поперечных опоры, образующих ложементы для рулонов, надежно удерживающих их от смещений вдоль продольной оси вагона. Расстояния вдоль вагона между поперечными балками и конструкция поперечных опор выбраны таким образом, чтобы при установке подвижных поперечных опор в разные фиксированные положения обеспечивалась погрузка и перевозка всей номенклатуры изготавливаемого металлургической промышленностью листового проката в рулонах. Поперечные опоры как подвижные, так и неподвижные, оснащаются передвижными упорными балками для удержания рулонов от поперечных смещений. Рама с поперечными опорами оснащается двумя двухосными тележками, автосцепным и тормозным оборудованием типовой конструкции.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является совершенствование конструкции вагона-платформы предназначенного для перевозки листового проката в рулонах в части устройств для закрепления рулонов стали от перемещений как вдоль, тик и поперек продольной оси вагона.
Поставленная задача решается следующим образом. Общеизвестно, что, при соударении вагонов при маневрах и на сортировочных горках, экстренных торможениях, рывках и осаживании, на груз кратковременно (приблизительно 0,3 с. [7]) действует импульс продольной силы инерции равный произведению массы груза на нормированную величину продольного ускорения. Для безопасной перевозки рулонов листового проката, в том числе диаметром 2400 мм массой 30 т, необходимо обеспечить надежное удержание груза цилиндрической формы в поперечных опорах (ложементах), исключив возможность их перемещения как вдоль, так и поперек продольной оси вагона.
Надежное удержание груза цилиндрической формы в поперечных опорах (ложементах) при действии импульса продольных инерционных сил обеспечивается формой контактных с рулонами поверхностей. В зоне контакта с рулонами различного диаметра и массы, поверхность поперечных опор представляет собой плоскость, наклоненную под заданным углом α к горизонтали. Цилиндрические рулоны под действием продольной составляющей импульса продольных инерционных сил прижимаются к одной из поверхностей поперечных опор, а под воздействием момента импульса инерционных сил, обусловленного эксцентриситетом между высотой приложения к центру тяжести рулона импульса продольной инерционной силы и высотой полосы опирания цилиндра на плоскость поперечной опоры, совершают вращательное движение. Расчеты показывают, что в зависимости от величины коэффициента потери сцепления [8], определяемой состоянием трибосистемы качения, состоящей из многих элементов, при нормальных условиях эксплуатации, цилиндр (рулон листового проката) или находится в покое, не касаясь противоположной поверхности поперечной опоры, или вращаясь «пробуксовывает», оставаясь в первоначальном положении. В случае возникновения нештатной ситуации в процессе эксплуатации вагона, правомочно допустить, что цилиндр катится вверх по наклонной поверхности опоры. Для предотвращения выкатывания рулона из поперечной опоры при возникновении нештатного импульса продольной инерционной силы и непрогнозируемого, для этого случая, коэффициента потери сцепления, опорная поверхность поперечной опоры заканчивается вертикально расположенной площадкой, достаточной для удержания рулона высоты. Общая высота поперечной опоры Н определяется исходя из рекомендаций действующих нормативных документов [9].
Для удержания рулонов стали от перемещения поперек продольной оси вагона каждая наклонная поверхность поперечных опор оснащается передвижными упорными балками. Каждая упорная балка шарнирно соединена с ползунком, свободно перемещающимся в прорези площадки, вертикально расположенной на верхнем окончании наклонной поверхности поперечной опоры, а своими зацепами надежно удерживается в прорезях, выполненных в наклонных листах поперечных опор.
Удержание подвижных поперечных опор от перемещений, как вдоль продольной оси вагона, так и поперек ее, обеспечивается штырями, расположенными симметрично относительно продольной оси вагона в концевых частях поперечных опор. Каждый штырь входит в ответное отверстие кронштейна, установленного жестко в заданных местах на боковых балках рамы.
Таким образом, заявляемая полезная модель обеспечивает безопасную транспортировку всей номенклатуры изготавливаемого металлургической промышленностью листового проката в рулонах.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами, где изображены:
на фиг.1 - общий вид вагона- платформы для перевозки листового проката в рулонах;
на фиг.2 - сечение поперечной опоры с передвижными упорными балками;
на фиг.3 - вид на поперечную опору вдоль продольной оси вагона;
на фиг.4 - крепление поперечных подвижных опор в элементах рамы;
на фиг.5 - общий вид вагона- платформы для перевозки листового проката в рулонах в изометрии;
на фиг.6 - вид по стрелке А на фиг.4.
Заявляемый вагон - платформа для перевозки листового проката в рулонах содержит раму 1, крайние 2 и средние 3 неподвижные поперечные опоры, подвижные 4 поперечные опоры, передвижные упорные балки 5, типовые двухосные тележки 6, автосцепное устройство 7 и тормозное оборудование со стояночным тормозом 8.
Установленные на раме четыре неподвижные поперечные опоры 2 и 3 и две подвижные поперечные опоры 4 имеют в поперечном сечении треугольную форму, образуя наклонными поверхностями 9 смежных опор ложементы для листового проката в рулонах. Поверхности 9 поперечных опор наклонены навстречу друг другу на заданный угол α к горизонту и в верхней части заканчиваются вертикально расположенной площадкой 10, являющейся их продолжением, достаточной для удержания рулона высоты. В вертикально расположенных площадках 10 выполнены горизонтально расположенные щели 11. В каждой щели свободно перемещается ползунок 12, имеющий в средней части хвостовика U-образные пазы 13, надежно удерживающие его от выпадения из щели 11. Площадки 10 образуются вертикальными стенками полой внутри балки 16, установленной по всей длине поперечных опор 2, 3 и 4. Для увеличения жесткости полой внутри балки 16 в местах расположения щелей 11 по продольной оси балки вварены вертикальные ребра 17. Ребра 17 препятствуют деформации полой внутри балки 16 в случае касания ее рулоном листового проката при погрузке и выгрузке. Со стороны наклонной поверхности опор 9 ползунок 12 шарнирно соединен с передвижной упорной балкой 5. Каждая передвижная упорная балка имеет зацепы 14, расположенные по ее продольной оси. В рабочем положении зацепы 14 передвижных упорных балок 5 заводятся в пазы 15, выполненные в наклонных поверхностях 9 поперечных опор 2, 3 и 4, и надежно фиксируют листовой прокат в рулонах от перемещений поперек продольной оси вагона. Подвижные поперечные опоры 4 имеют аналогичную конструкцию. Кроме того каждая подвижная опора оснащена двумя штырями 18, расположенными симметрично относительно продольной оси вагона в концевых частях опоры. Каждый штырь 18 входит в ответное отверстие кронштейна 19, установленного жестко в заданных местах на боковых балках рамы 1, и надежно фиксирует поперечные подвижные опоры как в продольном, так и поперечном направлениях.
Технический результат предлагаемой полезной модели выражается в рациональном проектировании, в том числе, применении в конструкции поперечных опор вертикально расположенных площадок, обеспечивающих гарантированное удержание от перемещений вдоль продольной оси вагона в процессе транспортировки всей номенклатуры изготавливаемого металлургической промышленностью листового проката в рулонах без дополнительного крепежа. Удержание рулонов стали от перемещений поперек продольной оси вагона обеспечивается с помощью передвижных упорных балок.
Источники информации
1. Патент RU №57693 U1. Вагон для перевозки стали в рулонах или навалочных грузов.
2. Патент UA №19522 U. Вагон-платформа для листовой стали в рулонах.
3. Патент US 6,363,864 B1. Легкий вагон для перевозки рулонной стали.
4. Патент US 2007/0234928 А1. Крепление рулонов на вагоне.
5. Патент UA 8657 U. Вагон-платформа для рулонов стального листового проката.
6. Патент RU 2173642 С1. Устройство для крепления штучных грузов на транспортном средстве.
7. Нормы для расчета и проектирования вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных). ГосНИИВ-ВНИИЖТ. Москва, 1996 г.
8. Марков Д.П. Коэффициенты трения и сцепления при взаимодействии колес с рельсами //Вестник ВНИИЖТ. 2004. №. С.32…38.
9. Технические условия размещения и крепления грузов в вагонах и контейнерах. - М.: Юридическая фирма «Юртранс», 2003. - 544 с.