ПАНЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ ПОЛА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ВАГОНА
PANEL ELEMENT FOR RAILCAR FLOOR

Изобретение относится к панельному элементу для пола железнодорожного вагона, согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.
Панельные элементы для пола железнодорожного вагона должны выдерживать широкий спектр статических и динамических нагрузок, при этом должны быть возможно более легкими для уменьшения потребления энергии поездом и обеспечения фаз более быстрого ускорения и торможения. В частности, для применения в высокоскоростных поездах обычно используются алюминиевые сотовые слоистые структуры для покрытия пола для приведения в соответствие указанных противоречивых требований. Такие сотовые структуры показали свою хорошую пригодность для выдерживания высоких статических нагрузок, а также циклических нагрузок, типичных для применения в железнодорожных вагонах.
Помимо структурных нагрузок, панели для пола железнодорожного вагона должны выдерживать другие напряжения. Одной из важных опасностей для структурной целостности напольной панели является удар камнем. За счет высокой скорости современных железнодорожных вагонов, удар постороннего предмета в обшивку пола связан с передачей значительного количества энергии, которая может приводить к серьезным повреждениям. Проблема усугубляется тем, что высокоскоростные поезда создают значительное разряжение под вагоном, которое может приводить к подъему предметов с железнодорожного полотна и последующему соударению с панелями пола.
Соударение постороннего предмета с алюминиевой сотовой структурой часто приводит к ослаблению структуры, что требует ее замены. Поэтому известные панели для пола железнодорожных вагонов связаны с высокой стоимостью технического обслуживания, увеличивая общие эксплуатационные расходы высокоскоростных поездов.
Поэтому задачей данного изобретения является создание панельного элемента для пола, согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения, который является стойким относительно обычных рабочих нагрузок, а также соударений с посторонними предметами.
Эта задача решена с помощью панельного элемента для пола, согласно пункту 1 формулы изобретения.
Такой панельный элемент для пола железнодорожного вагона состоит из стальной листовой части с множеством структур жесткости, при этом соседние структуры жесткости выступают в противоположных направлениях относительно поверхности панельного элемента. Хотя такой панельный элемент не достигает преимуществ по весу сотового алюминия, однако он обеспечивает стойкость относительно статических и динамических нагрузок, а также ударов камнями. Особое расположение структур жесткости придает панельному элементу, в частности, хорошую стабильность. Удары камней в такой панельный элемент вряд ли могут приводить к настолько серьезным повреждениям, что необходима замена панельного элемента. Поэтому снабжение железнодорожного вагона такими панельными элементами значительно уменьшает стоимость технического обслуживания.
В частности, предпочтительно выполнять элементы жесткости в виде гофров, поскольку такая структура обеспечивает особенно высокую стабильность при малом весе. Кроме того, гофрированные панели просты в изготовлении, например, посредством глубокой вытяжки. Таким образом, стоимость изготовления таких панельных элементов значительно ниже, чем для используемых в настоящее время сотовых панелей.
Согласно другому аспекту изобретения, структуры жесткости проходят параллельно кромке панельного элемента, придавая тем самым панели, в частности, высокий предел устойчивости относительно нагрузок в этом направлении.
Кроме того, предпочтительно выполнение элементов жесткости с желобообразным профилем поперечного сечения, который обеспечивает особенно высокую стабильность.
Было установлено, что оптимальный компромисс между весом панельного элемента и его стойкостью относительно нагрузок может быть достигнут посредством предусмотрения трех параллельных структур жесткости, в частности, если средняя структура слегка расширена относительно боковых структур.
Для обеспечения простого соединения панельного элемента с другими структурными элементами железнодорожного вагона предпочтительно располагать структуры жесткости в центральной части панельного элемента с примыканием двух боковых частей, выполненных в качестве крепежных элементов, которые проходят, соответственно, к противоположным кромкам панельного элемента. Боковая часть обеспечивает плоскую фланцеобразную поверхность, которую просто использовать для соединения панельного элемента разъемно или неразъемно, например, с помощью винтов, болтов, сварки, склеивания или любого другого подходящего способа.
Другие преимущества, признаки и подробности изобретения следуют из приведенного ниже описания варианта выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых схематично изображено:
фиг. 1 - панельный элемент для пола на основе алюминиевой сотовой слоистой структуры, согласно уровню техники;
фиг. 2 - пример выполнения панельного элемента для пола, согласно изобретению, на виде сверху;
фиг. 3 - поперечный разрез панельного элемента для пола, согласно фиг. 2;
фиг. 4 - альтернативный пример выполнения панельного элемента для пола, согласно изобретению, на виде сверху;
фиг. 5 - поперечный разрез панельного элемента для пола, согласно фиг. 4.
С целью уменьшения веса и тем самым экономии топлива и снижения выброса диоксида углерода, панели для пола железнодорожных вагонов обычно выполняются из легких конструктивных материалов, таких как алюминиевые сотовые структуры. Пример такой панели 10 для пола, согласно уровню техники, показан на фиг. 1.
В таких панелях используется комбинация структуры 12 сердечника из алюминиевых сот, которые соединены на каждой стороне с тонким алюминиевым листом 14 с помощью адгезивных слоев 16. Сотовая структура сообщает панели 10 высокую структурную прочность, которая может выдерживать высокие динамические и статические нагрузки, имеющиеся при применении в железнодорожных поездах.
Однако легкий вес панели 10 приводит к определенным проблемам. За счет небольшой толщины стенок отдельных алюминиевых структур, образующих панель 10, соударение посторонних предметов с панелью 10 часто приводит к значительному повреждению, требующему полную замену панели 10.
Это особенно важно для применения в высокоскоростных поездах. За счет высоких скоростей современных поездов и создаваемых разряжения и завихрений, обычно происходят соударения панелей 10 для пола с камнями. За счет этого повышается стоимость технического обслуживания.
Для обеспечения более высокой стойкости к соударениям с камнями предлагается альтернативная панель 18 для пола, выполненная из листовой стали, как показано на фиг. 2 и 3. За счет большей толщины стенки уменьшается вероятность серьезного повреждения панели 18 от соударения с камнями, так что снижается стоимость технического обслуживания.
Однако такие сплошные стальные панели 18 значительно тяжелее, чем соответствующие алюминиевые сотовые слоистые структуры. Для возможно большего снижения веса при одновременном сохранении желаемой структурной стабильности, панель 18 содержит множество повышающих жесткость структур 20, которые проходят параллельно друг другу и кромке панели 18. Структуры 20 жесткости имеют зигзагообразный профиль поперечного сечения, при этом элементы 22 каждой пары соседних структур 20 проходят в направлении противоположных сторон центральной плоскости 24 панели 18.
Структуры 20 жесткости расположены в центральной части 26 панели 18, по сторонам которой находятся фланцеобразные боковые части 28 на каждой стороне перпендикулярно основному направлению структур 20 жесткости. Боковые части 28 содержат отверстия 30, которые можно использовать для крепления панели 18 к другим несущим нагрузку структурам железнодорожного вагона.
Хотя зигзагообразные структуры 20 жесткости могут обеспечивать необходимую стабильность относительно статических и динамических нагрузок, а также желаемую стойкость относительно соударения с посторонними предметами, выполненная так панель 18 является относительно тяжелой.
Дальнейшая оптимизация геометрии структур 20 жесткости посредством компьютерного моделирования приводит к созданию панели 18, показанной на фиг. 4 и 5. Вместо зигзагообразной формы, структуры 20 жесткости имеют желобообразный или трапециевидный профиль поперечного сечения с двумя боковыми стенками 32, наклоненными относительно нормали к поверхности панели 18, и нижней стенкой 34, проходящей параллельно центральной плоскости 24. Пары соседних элементов жесткости выступают в противоположные стороны от центральной плоскости 24.
Особенно высокую стабильность имеет конфигурация, показанная на фиг. 4 и 5, содержащая в целом 3 структуры 20 жесткости в центральной части 26 панели 18, при этом средняя структура 20 жесткости слегка шире, чем боковые структуры.
Высокая стабильность и способность выдерживать нагрузку такой конструкции позволяет слегка уменьшать толщину стенок по сравнению с зигзагообразной геометрией, показанной на фиг. 2 и 3. За счет использования стального листа для панели 18, панель 18 сохраняет достаточную стойкость относительно соударения с камнями.
За счет простой геометрии панели 18, можно использовать простые способы формирования, такие как глубокая вытяжка или прокатка, для ее изготовления. Поэтому стоимость изготовления значительно ниже, чем для сложных, состоящих из многих частей слоистых структур, известных из уровня техники. В комбинации с низкой стоимостью технического обслуживания, данное изобретение обеспечивает высокоэкономичную конструкцию для панелей для пола железнодорожного вагона.