УЗЕЛ СОЕДИНЕНИЯ БАЛОК РАМЫ ПОЛУВАГОНА С РАЗГРУЗОЧНЫМИ ЛЮКАМИ В ПОЛУ

Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта и может применяться в рамах кузовов полувагонов с разгрузочными люками в полу, содержащих промежуточные продольные балки для крепления крышек разгрузочных люков в надтележечных пространствах.
Известен узел соединения поперечной и продольной балок рамы полувагона с разгрузочными люками, включающий в себя поперечную концевую либо промежуточную, либо шкворневую балку, продольную промежуточную балку, расположенную между поперечными балками, а также косынки, расположенные в зонах соединения поперечной и продольной промежуточной балок, при этом каждая из косынок приварена внахлёст к продольной промежуточной балке, а кромками к поперечной балке, косынки имеют трапециевидную или прямоугольную форму (см. RU 191327 U1, дата публикации 01.08.2019).
Известен узел соединения поперечной и продольной балок рамы полувагона с разгрузочными люками, включающий в себя поперечную концевую либо промежуточную, либо шкворневую балку, а также продольную промежуточную балку, расположенную между поперечными балками, на которой закреплены петли крышек разгрузочных люков в консольных частях рамы, в местах соединения продольной промежуточной балки с поперечной балкой закреплены рёбра, при этом рёбра выполнены высотой, равной высоте стенок поперечной балки, и прикреплены встык к стенке, нижней и верхней полкам поперечной балки и внахлёст к продольной промежуточной балке (см. RU 183057 U1, дата публикации 07.09.2018).
Техническая проблема известных технических решений заключается в недостаточном уровне прочности узлов соединения балок рамы, что обусловлено формой подкрепляющих элементов (косынок, рёбер). Указанные подкрепляющие элементы имеют многоугольную форму, при этом их открытые кромки выполнены в виде ломаной линии с выступающим углом перехода. Зоны изменения формы линий открытых кромок, какими являются углы перехода, выступают как геометрические концентраторы напряжений. В совокупности с действием повышенных нагрузок в узлах соединения балок рамы наличие концентраторов напряжений подкрепляющих элементов может приводить к усталостным разрушениям.
Технический результат, достигаемый при использовании полезной модели, состоит в повышении усталостной прочности узла соединения поперечной и продольной балок рамы полувагона с разгрузочными люками.
Для достижения технического результата в узле соединения балок рамы полувагона с разгрузочными люками в полу, включающем в себя поперечную балку, продольную промежуточную балку для закрепления петель крышек разгрузочных люков, подкрепляющие элементы, соединённые с указанными балками и выполненные в виде косынок, имеющих нижние, верхние, задние и открытые кромки, согласно полезной модели, косынки выполнены с открытыми кромками округлой формы.
В частных случаях осуществления полезной модели косынки соединены нижними и задними кромками с нижними полками и стенками поперечных балок; косынки соединены верхними кромками встык со стенками продольных промежуточных балок; косынки соединены верхними концами внахлёст со стенками продольных промежуточных балок; косынки выполнены со сквозными отверстиями в верхних концах; косынки выполнены с открытыми кромками округлой вогнутой формы; поперечной балкой является концевая балка либо шкворневая балка, либо промежуточная балка рамы.
Полезная модель представлена на чертежах, где изображено:
на фиг. 1 - узел соединения поперечной балки и продольной промежуточной балки с косынками, объёмное изображение;
на фиг. 2 – вариант закрепления косынки встык на узле соединения, вид спереди;
на фиг. 3 – вариант закрепления косынки внахлёст на узле соединения, вид спереди;
на фиг. 4 – рама и кузов полувагона с разгрузочными люками в полу, вид снизу;
на фиг. 5 – расчётная модель распределения эквивалентных напряжений при нагружении собственным весом и весом груза в косынках известной конструкции;
на фиг. 6 – расчётная модель распределения эквивалентных напряжений при нагружении собственным весом и весом груза в косынках предлагаемой конструкции.
Узел соединения поперечной и продольной балок рамы полувагона с разгрузочными люками включает в себя поперечную балку 1, продольную промежуточную балку 2, подкрепляющие элементы для повышения прочности и жёсткости узла соединения, выполненные в виде косынок 3, соединённых с указанными балками 1 и 2. Все элементы узла соединения жёстко соединены между собой, например, при помощи сварки.
Поперечной балкой 1 может являться концевая либо шкворневая, либо промежуточная балка рамы. Поперечные балки состоят из нижних 1.1, верхних 1.2 полок и стенок 1.3. При этом поперечные концевые балки и промежуточные балки имеют преимущественно двутавровое сечение, поперечные шкворневые балки имеют преимущественно коробчатое сечение.
Продольные промежуточные балки 2 предназначены для закрепления на них петель 4.1 крышек 4 разгрузочных люков в надтележечных пространствах полувагона. Продольные промежуточные балки 2 имеют преимущественно П-образный профиль со стенками 2.1.
В каждом узле соединения закреплено по две косынки 3 с обеих сторон продольной промежуточной балки 2.
Косынки 3 имеют многоугольную форму с кромками, которые в сборе с рамой полувагона выступают как нижняя 3.1, верхняя 3.2, задняя 3.3 кромки, а также открытая кромка 3.4. Своими нижними 3.1 и задними 3.3 кромками косынки 3 соединены встык с нижними полками 1.3 и стенками 1.3 соответствующей поперечной балки 1.
Соединение косынок 3 в их верхней части возможно двумя способами. Согласно одному из способов, косынки 3 могут быть соединены верхними кромками 3.2 встык снизу со стенками 2.1 продольных промежуточных балок 2. Согласно второму из способов, косынки могут быть соединены верхними концами внахлёст со стенками 2.1 продольных промежуточных балок 2. Для увеличения протяжённости сварных швов в верхних концах косынок 3 при этом способе соединения могут иметься сквозные отверстия 3.5, что, кроме того, снижает металлоёмкость конструкции. При этом косынки 3 могут иметь высоту, соответствующую высоте стенок поперечной балки 1, и соединяться верхними кромками 3.2 с верхней полкой 1.2 поперечной балки 1.
Открытые кромки 3.4 косынок 3 имеют округлую вогнутую форму. Оптимизация геометрических параметров косынок 3, которая заключается в исключении угловых переходов линий их открытых кромок 3.4 и в выполнении открытых кромок 3.4 округлыми, устраняет геометрические концентраторы напряжений. Это позволяет эффективнее распределять напряжения в узле соединения балок. Изменение известной формы косынки 3 на предлагаемую форму позволило сместить концентратор напряжения из зоны вблизи сварного шва на самой косынке 3, как это имеет место в известной конструкции, в более удалённую от сварного шва зону на продольной балке 2. Как следствие, узлы соединения балок 1 и 2 с косынками 3 округлой формы открытых кромок 3.4 способны выдерживать нагружения, более высокие относительно известных технических решений, что обеспечивает повышение усталостной прочности.
Расчётные модели распределения эквивалентных напряжений при нагружении собственным весом и весом груза показывают, что коэффициенты запаса сопротивления усталости в подкрепляющих элементах (косынках) известной конструкции, согласно наиболее близкому аналогу, и предлагаемой конструкции превышают минимальное допускаемое значение коэффициента запаса сопротивления усталости, согласно ГОСТ 33211-2014 «Вагоны грузовые. Требования к прочности и динамическим качествам», равное 1,5. При этом коэффициенты запаса сопротивления усталости в косынках известной и предлагаемой конструкций составляют 1,51 и 1,63, соответственно.
Выполнение открытых кромок 3.4 округлой формы в сторону вогнутости является целесообразным с позиции снижения металлоёмкости конструкции.