Упор автосцепного устройства

Заявляемая полезная модель относится к железнодорожному транспорту, в частности к конструкции упора автосцепного устройства.
Известна конструкция консольной балки рамы железнодорожного вагона [Патент на полезную модель RU 170049 U1 от 15.11.2016г.], представляющая собой литой коробчатый корпус с торцевой, боковыми и верхней стенками. На внутренней поверхности боковых стенок отлиты передние и задние упоры для взаимодействия с автосцепным устройством, усиленные продольными ребрами жесткости. Внутренняя поверхность торцевой стенки выполнена наклонной внутрь коробчатого корпуса с увеличение толщины торцевой стенки в направлении к верхней стенке. Продольные ребра жесткости выполнены последовательно уменьшающимися по всей длине в направлении размещения ребер жесткости к верхней стенке с образованием усиленного сечения места соединения верхней части передних упоров с соответствующей боковой и верхней стенками. Для образования аналогичного усиленного сечения места сопряжения верхней части задних упоров с боковыми стенками и верхней стенкой ребра жесткости задних упоров также выполнены последовательно уменьшающимися по всей длине в направлении размещения ребер жесткости к верхней стенке.
Недостатком данной конструкции является отсутствие возможности замены переднего упора вследствие того, что передний упор выполнен в одной отливке с консольной балкой. В случае повреждения упора переднего замене подлежит консольная балка полностью. Тем самым повышаются затраты на ремонт вагона.
Также известна конструкция упора переднего УП1-1 [ГОСТ Р 52916-2008 «Упоры автосцепного устройства для грузовых и пассажирских вагонов. Общие технические условия», рисунок 2], выполненного объединенным в одной отливке с ударной розеткой. Включающая боковые стенки и опорными стенки, выполненные на торцах боковых стенок. Опорные стенки имеют общие с боковыми стенками ребра жесткости в средней части, а также общие полки в верхней и нижней части.
Данная конструкция выбрана в качестве прототипа для заявляемой полезной модели.
Недостатком вышеуказанной конструкции является ослабленный переход между опорной стенкой и горизонтальными полками и ребрами жесткости, что в эксплуатации приводит к различным трещинам в месте перехода и на опорной стенке.
Задачей заявляемой полезной модели является создание конструкции упора автосцепного устройства, обеспечивающего повышение прочностных характеристик упора путем улучшенного распределения продольных усилий от поглощающего аппарата на хребтовую балку рамы вагона, что позволит увеличить назначенный срок службы упора и, как следствие, снизить материальные затраты на ремонт вагонов.
Поставленная задача решается путём того, что в конструкции упора автосцепного устройства в месте соединения опорной стенки с нижней полкой выполнена наклонная поверхность, образованная по дуге, плавно меняющая толщину нижней полки в сторону увеличения сечения по направлению к опорной стенке, при этом радиусы сопряжения нижней полки и ребер жесткости с опорной стенкой выполнены размером больше, чем толщина опорной стенки.
Сущность полезной модели заключается в том, что упор автосцепного устройства в виде отливки включает боковые стенки, имеющие верхние и нижние полки, средние ребра жесткости, опорные стенки, при этом, в месте соединения опорной стенки с нижней полкой выполнена наклонная поверхность, образованная по дуге, плавно меняющая толщину нижней полки в сторону увеличения сечения по направлению к опорной стенке, при этом радиусы сопряжения нижней полки и ребер жесткости с опорной стенкой выполнены размером больше, чем толщина опорной стенки.
Кроме того, размер радиусов сопряжения нижней полки и ребер жесткости с опорной стенкой составляет интервал от 20,7 до 53,5 мм.
Также, толщина опорной стенки составляет интервал от 18 до 24 мм.
При этом отношение радиусов сопряжения нижней полки и ребер жесткости с опорной стенкой к толщине опорной стенки составляет интервал от 1,15 до 2,23.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами:
Фиг. 1 - Упор автосцепного устройства (общий вид).
Фиг. 2 - Упор автосцепного устройства (вид сбоку). Наклонная поверхность нижней полки образована по дуге.
1
Упор автосцепного устройства в виде отливки включает боковые стенки 1, имеющие верхние полки 2 и нижние полки 3, средние ребра жесткости 4, опорные стенки 5. В месте соединения опорной стенки 5 с нижней полкой 3 выполнена наклонная поверхность 6, образованная по дуге, плавно меняющая толщину нижней полки 3 в сторону увеличения сечения по направлению к опорной стенке 5. При этом радиусы R или R сопряжения нижней полки 3, и ребер жесткости 4 с опорной стенкой 5 выполнены размером больше, чем толщина опорной стенки 5.
1
Кроме того, размер радиусов R и R сопряжения нижней полки 3 и ребер жесткости 4 с опорной стенкой 5 составляет интервал от 20,7 до 53,5 мм.
Также толщина S опорной стенки 5 составляет интервал от 18 до 24 мм.
1
Также  отношение радиуса R или R сопряжения нижней полки 3 и ребер жесткости 4 с опорной стенкой 5 к толщине S опорной стенки 5 составляет интервал от 1,15 до 2,23.
Упор автосцепного устройства работает следующим образом.
При двиении грузового вагона упор автосцепного устройства подвержен статическим и динамическим ударным нагрузкам от автосцепного устройства. Усилия от автосцепного устройства, воспринятые боковыми стенками 1, передаются на верхние полки 2, нижние полки 3 и опорные стенки 5. Недостаточное развитие поперечных сечений мест сопряжения указанных элементов вызывает в них концентрацию внутренних напряжений. В случае превышения допустимых напряжений происходит разрушение мест сопряжения.
Технический результат от заявляемой полезной модели заключается в том, что выполнение в месте соединения опорной стенки с нижней полкой наклонной поверхности, образованная по дуге,  плавно меняющей толщину нижней полки в сторону увеличения сечения по направлению к опорной стенке, при этом выполнение радиусов сопряжения нижней полки и ребер жесткости с опорной стенкой размером больше, чем толщина опорной стенки, обеспечивает повышение прочностных характеристик упора за счет увеличения прочности в местах перехода от вертикальных опорных стенок в горизонтальны полки и ребра, тем самым увеличивая назначенный срок службы упора, а также снижая материальные затраты на ремонт вагонов.
1
При заданных значениях радиусов сопряжения нижней полки R и ребер жесткости R в интервале от 20,7 мм до 53,5 мм и толщины опорной стенки S в интервале от 18 мм до 24 мм обеспечивается сохранение прочности упора без увеличения металлоемкости. При изготовлении упора необходимо учитывать, что размеры радиусов сопряжения  нижней полки и ребер жесткости с опорной стенкой должны быть больше, чем размер толщины опорной стенки. Например, при выполнении опорной стенки толщиной 24 мм радиусы сопряжения нижней полки и ребер жесткости с опорной стенкой необходимо выполнять размером 25 мм.
Упор автосцепного устройства, в котором отношение радиуса сопряжения нижней полки и ребер жесткости с опорной стенкой к толщине опорной стенки составляет интервал от 1,15 до 2,23 обеспечивает исключение из конструкции упора концентраторов напряжения, связанных с неравномерным остыванием элементов разной толщины в отливке, что приводит к отсутствию холодных трещин, а также к уменьшению количества и длины холодных трещин в общем теле упора.
В настоящее время на заявляемую полезную модель разработана конструкторская документация и ведутся всесторонние испытания опытных образцов.