КОНСОЛЬНАЯ БАЛКА РАМЫ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ВАГОНА

Заявляемая полезная модель относится к железнодорожному подвижному составу и касается конструкции консольных балок рам железнодорожных вагонов.
Известны различные технические решения в данной области.
Например, известна полезная модель RU №158641 (B61D 3/00, опубл. 20.03.2016) «Грузовой полувагон с пониженным уровнем пола». В известном техническом решении консольные части надтележечных хребтовых балок изготовлены литыми, и на них расположены пятники, выполненные в виде дисков с рабочей частью.
Известна также полезная модель RU №170049 (МПК B61F 1/00, опубл. 12.04.2017) «Консольная балка рамы железнодорожного вагона». В данном патенте описана консольная балка, которая представляет собой литой коробчатый корпус с торцевой, боковыми к верхней стенками, причем на внутренней поверхности боковых стенок отлиты передние и задние упоры для взаимодействия с автосцепным устройством, усиленные продольными ребрами жесткости. Нижняя стенка литого коробчатого корпуса снабжена пятником.
В патенте RU №161682 (МПК B61F 5/00. опубл. 27.04.2016) «Пятниковый узел грузового вагона» описан пятниковый узел, содержащий надпятниковую коробку с отверстием под шкворень, образованную усиливающими элементами, размещенными внутри несущего элемента рамы, и чашеобразный пятник с отверстием под шкворень и с фланцем, соединенный с надпятниковой коробкой путем приваривания к нижней поверхности несущего элемента рамы, причем несущим элементом рамы является литая консоль хребтовой балки.
Известна полезная модель RU №151904 (МПК B61F 1/02. опубл. 20.04.2015), которая принята за прототип. Консольная балка рамы железнодорожного вагона, имеющая литой коробчатый корпус, содержит передний и задний упоры, отлитые на внутренних поверхностях боковых стенок и усиленные продольными ребрами жесткости. Нижняя стенка литого коробчатого корпуса снабжена пятником с шкворневым отверстием. Между нижней стенкой и верхней стенкой литого коробчатого корпуса над пятником выполнен внутренний несущий прилив, соединивший нижнюю стенку с верхней стенкой литого коробчатого корпуса. Шкворневое отверстие выполнено сквозным, проходящим через пятник, нижнюю стенку и внутренний несущий прилив с выходом через верхнюю стенку литого коробчатого корпуса, причем внутренний несущий прилив снабжен ребрами жесткости, сопряженными с нижней стенкой литого коробчатого корпуса и внутренними поверхностями верхней и боковых стенок литого коробчатого корпуса.
Общим недостатком известных решений, в том числе прототипа, является недостаточно высокая твердость и износостойкость пятниковой части (пятника) объединенных передних и задних упоров, что снижает надежность и прочность всей конструкции и вызывает необходимость в проведении ремонта пятника консольных балок во время эксплуатации.
Таким образом, технической проблемой, существующей в настоящее время, являются проблемы, связанные с низкими техническими характеристиками известных конструкций, а, именно, с недостаточно высокими твердостью и износостойкостью пятника объединенных передних и задних упоров консольной балки рамы железнодорожного вагона.
Предлагаемое по настоящей полезной модели техническое решение направлено на решение данной технической проблемы, а, именно, на создание конструкции консольной балки рамы железнодорожного вагона с улучшенными техническими характеристиками: с повышенными твердостью и износостойкостью пятника, что позволяет значительно увеличить ее срок службы.
Технический результат заключается в улучшении технических характеристик консольной балки рамы железнодорожного вагона, а, именно, в увеличении устойчивости рабочих поверхностей пятника консольной балки к износу, что ведет к увеличению срока службы как консольной балки, так и вагона в целом.
Достигается указанный технический результат тем, что в консольной балке рамы железнодорожного вагона, имеющей литой коробчатый корпус, выполненный из низкоуглеродистой литейной стали и содержащий передний и задний упоры, отлитые на внутренних поверхностях боковых стенок и усиленные продольными ребрами жесткости, причем нижняя стенка литого коробчатого корпуса снабжена пятником с упорной и опорной поверхностями, на упорной и опорной поверхностях пятника выполнен поверхностный закаленный слой, полученный, например, поверхностной закалкой токами высокой частоты низкоуглеродистых литейных сталей.
При этом твердость на поверхности закаленного слоя пятника консольной балки составляет от 375 до 515 НВ, а твердость закаленного слоя на глубине 3,2 мм от упорной или опорной поверхности составляет не менее 350 НВ, что существенно превышает твердость изделия до закалки, которая находится в диапазоне 135-190 НВ.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется следующими графическими материалами:
фиг. 1, на которой представлен общий вид консольной балки с пятником,
фиг. 2, на которой представлено поперечное сечение пятника плоскостью, проходящей через его диаметр вдоль оси шкворневого отверстия.
фиг. 3. на которой представлен в увеличенном виде выносной элемент «А» с фиг. 2,
Пятник 1 (Фиг. 1, 2) консольной балки рамы железнодорожного вагона выполнен с опорной 2 и упорной 3 поверхностями. Опорную 2 и упорную 3 поверхности пятника 1 подвергают закалке, например, токами высокой частоты (ТВЧ), с целью формирования на опорной 2 и упорной 3 поверхностях пятника 1 твердого поверхностного закаленного слоя 4. Поверхностный закаленный слой 4 (Фиг. 3), сформированный на опорной 2 и упорной 3 поверхностях, обладает твердостью 375-515 НВ на поверхности закаленного слоя 4 и твердостью не менее 350 НВ на глубине 3,2 мм указанного слоя.
Особенностью предлагаемого технического решения является применение для закалки ТВЧ дня формирования закаленного слоя пятника 1, выполненного, наряду с корпусом консольной балки рамы железнодорожного вагона, из низкоуглеродистых литейных сталей (20ГЛ, 20Г1ФЛ, 20ФЛ), т.к. считается, что закалку ТВЧ целесообразно применять лишь для средне- и высокоуглеродистых сталей [Демичев А.Д. Поверхностная закалка индукционным способом. - Л.: Машиностроение, 1979, - 80 с.], [Головин Г.Ф., Замятин М.М. Высокочастотная термическая обработка: Вопросы металловедения и технологии, - 3-е издание изд. - Л.: Машиностроение, 1990. - 239 с.]. Проведенные испытания показали возможность и целесообразность проведения закачки ТВЧ деталей из низкоуглеродистых литейных сталей, что согласно настоящей полезной модели позволяет существенно увеличить износостойкость пятника 1 консольной балки рамы железнодорожного вагона и достичь наилучшего соотношения скорости износа пятника со скоростью износа ответной детали. При этом достигаются указанные выше твердость поверхностного слоя от 375 до 515 НВ и твердость указанного слоя на глубине 3,2 мм составляющая не менее 350 НВ, которые значительно превышают твердость элементов консольной балки рамы железнодорожного вагона до закалки.
Результаты испытаний для различных режимов закалки приведены в табл. 1. Значения твердости приведены в единицах по Бринеллю.
Таким образом, наличие закаленного слоя 4 обеспечивает увеличение износостойкости пятника 1 и значительное увеличение срока эксплуатации как консольной балки рамы железнодорожного вагона, так и вагона в целом.
Предлагаемое решение позволяет получить консольную балку рамы железнодорожных вагонов с улучшенными техническими характеристиками по сравнению с известными конструкциями, благодаря чему устраняются недостатки известных аналогов.
Перечень условных обозначений:
1 - пятник;
2 - опорная поверхность пятника;
3 - упорная поверхность пятника:
4 - поверхностный закаленный слой.