ХРЕБТОВАЯ БАЛКА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ГРУЗОВОГО ВАГОНА

Полезная модель относится к подвижному составу железнодорожного транспорта, в частности к конструктивным элементам хребтовой балки грузового вагона в зоне крепления устройства сочленения.
Из уровня техники известна хребтовая балка рамы грузового вагона (RU 169159 U1, опубл. 07.03.2017) с консольной частью, выполненной с фиксирующими сквозными пазами в боковых стенках хребтовой балки, прорезанными перпендикулярно ее продольной оси и с выходом на продольные полки хребтовой балки, для размещения в них базирующих элементов переднего и заднего упоров с упорными поверхностями для контактного взаимодействия с автосцепным устройством.
Из уровня техники известно устройство шарнирного типа для сочленения вагонов (RU 147170 U1, опубликованный 27.10.2014, B61G 1/00, B61G 5/02), характеризующееся наличием пятниковой части и шарнирной части, каждая из которых с одной стороны имеет хвостовик коробчатой формы, а с другой стороны соединительный конец. Ширина хвостовиков шарнирной и пятниковой частей соответствует ширине внутренней полости хребтовых балок грузового вагона. Хвостовики шарнирной и пятниковой частей имеют разделку под сварной шов и ввариваются в соответствующую хребтовую балку вагона по краям соединения.
Технической проблемой, присущей данному техническому решению, является недостаточная прочность крепления хвостовика одной из частей устройства сочленения с хребтовой балкой вагона, выполненное посредством сварных швов по краям соединения ребер хребтовой балки и соответствующих поверхностей хвостовика одной из частей устройства сочленения, так как указанное соединение подвергается большим нагрузкам, действующим на хвостовик со стороны вагона в процессе эксплуатации вагона.
Из уровня техники известна хребтовая балка грузового вагона (RU 164848 U1, опубл. 20.09.2016), содержащая боковые стенки, несущие полки и полость для установки в ней и приварки по краям соединения хвостовика одной из частей устройства сочленения, при этом под хвостовиком между боковыми стенками на уровне несущих полок хребтовой балки установлена дополнительная опорная плита, соединенная с боковыми стенками хребтовой балки с внутренней стороны сварным соединением.
Технической проблемой, присущей данным техническим решениям, является усложнение конструкции хребтовой балки вагона за счет установки дополнительной опорной плиты и закрепления ее посредством сварного соединения, что при больших нагрузках может привести к возникновению трещин на сварных швах и впоследствии к выпадению дополнительной опорной плиты из хребтовой балки.
Хвостовики частей устройства сочленения выполнены одинаковой формы и конструкции, так как закрепляются в соответствующих хребтовых балках рам или полурам кузовов сочлененного вагона посредством сварки по краям соединения, при этом некоторые различия внешне обусловлены переходом от соединительных концов частей устройства сочленения. Таким образом заявляемое техническое решение подходит для хвостовиков обеих соединительных частей устройства сочленения и технический результат для обоих хвостовиков одинаков.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является обеспечение конструкцией хребтовой балки железнодорожного грузового вагона повышения прочности крепления во внутренней полости ее консольной части хвостовика одной из частей устройства сочленения.
Указанный технический результат достигается тем, что в хребтовой балке кузова грузового вагона, содержащей боковые стенки и полки, консольная часть которой выполнена с возможностью размещения и жесткого закрепления хвостовика одной из частей устройства сочленения, согласно настоящей полезной модели, в боковых стенках консольной части хребтовой балки выполнены продольные направляющие пазы для размещения базирующих элементов хвостовика, выполненных на его боковых стенках с внешней стороны. Ответные направляющие пазы могут быть выполнены сквозными. Ответные направляющие пазы могут быть выполнены длиной «L» в диапазоне размеров от 40 до 350 мм, шириной «W» в диапазоне размеров от 40 до 150 мм, а также со скруглением радиуса «R» в диапазоне размеров от 20 до 75 мм. В боковых стенках хребтовой балки могут быть выполнены дополнительные продольные направляющие пазы.
Заявляемая полезная модель отличается от аналогов тем, что в боковых стенках консольной части хребтовой балки выполнены продольные направляющие пазы. Такое отличие от прототипа дает основание утверждать о соответствии предлагаемого технического решения критерию патентоспособности полезной модели – «новизна».
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 – хребтовая балка вагона со стороны консольной части (главный вид), фиг. 2 – хребтовая балка (изометрический вид), фиг. 3 – хребтовая балка в сборе с закрепленной частью устройства сочленения (изометрический вид).
Хребтовая балка, представленная на фигурах, содержит боковые стенки 1 и полки 2 и в своей консольной части выполнена со сквозными, в представленном варианте, направляющими пазами 3, расположенными продольно относительно оси хребтовой балки, для размещения базирующих элементов 4 хвостовика 5 одной из частей устройства сочленения (фиг. 3), в представленном варианте выполненных в виде базирующих ребер 4. Сквозные направляющие пазы 3 выполнены длиной «L», шириной «W» и, в представленном варианте, со скруглением радиуса «R». Во внутренней полости консольной части хребтовой балки посредством сварного соединения жестко закреплен хвостовик 5 одной из частей устройства сочленения.
Технический результат заявляемой полезной модели, заключающийся в повышении прочности крепления хвостовика одной из частей устройства сочленения во внутренней полости консольной части хребтовой балки, достигается следующим образом.
Выполнение в боковых стенках консольной части хребтовой балки направляющих пазов, в том числе и сквозных, являющихся ответными к базирующим элементам хвостовика одной из частей устройства сочленения позволяют перераспределить нагрузку со сварных швов, выполненных по краям соединения хвостовика и хребтовой балки, что обеспечивает повышение прочности крепления хвостовика одной из частей устройства сочленения во внутренней полости консольной части хребтовой балки. Кроме того, продольные направляющие пазы обеспечивают фиксацию хвостовика одной из частей устройства сочленения в хребтовой балке рамы вагона до начала выполнения сварных швов, накладываемых по краям соединения хребтовой балки и хвостовика, а также в случае возникновения трещин на сварных швах или срыва сварного шва, что обеспечивает повышение прочности крепления хвостовика во внутренней полости консольной части хребтовой балки рамы грузового вагона.
Диапазон значений длины «L» направляющих пазов от 40 до 350 мм с меньшей стороны обусловлен обеспечением возможности фиксации в консольной части хребтовой балки рамы вагона хвостовика одной из частей устройства сочленения в отсутствие сварного соединения, а с большей стороны ограничен максимально возможной длиной базирующих элементов хвостовика одной из частей устройства сочленения; выполнение продольных направляющих пазов большей длины, чем длина хвостовика одной из частей устройства сочленения, нецелесообразно для сохранения прочности хребтовой балки в консольной части, так как пустые направляющие пазы могут ухудшить прочностные характеристики хребтовой балки. Выполнение продольных направляющих пазов при минимальном значении ширины «W», равном 40 мм, исключает возможность срыва базирующих элементов хвостовика устройства сочленения и обусловлено выдерживанием нагрузки, равной весу хвостовика, что обеспечивает повышение прочности крепления хвостовика в хребтовой балке, а выполнение продольных направляющих пазов толщиной «W» более 150 мм нецелесообразно, так как дальнейшего повышения прочности крепления хвостовика в хребтовой балке уже не происходит.
Выполнение продольных направляющих пазов в боковых стенках консольной части хребтовой балки со скруглением радиуса «R» обеспечивает повышение прочности крепления хвостовика устройства сочленения во внутренней полости консольной части хребтовой балки рамы вагона за счет равномерного разделения действующих от хвостовика поперечных и продольных нагрузок по направляющим пазам. Диапазон значений радиуса скругления «R» обусловлен прочностными характеристиками хребтовой балки в зоне выполнения скругления направляющих пазов при действии на них поперечных и продольных нагрузок, которые равномерно распределяются по закругленной части направляющих пазов, что позволяет повысить прочность крепления хвостовика одной из частей устройства сочленения во внутренней полости консольной части хребтовой балки рамы грузового вагонов. Выполнение скругления радиусом менее 20 мм приведет к возникновению трещин/сколов и возможному срыву сварных швов, так как площадь распределения продольных нагрузок будет небольшой, а выполнение скругления радиусом более 75 мм ограничено размерами боковой стенки хребтовой балки и исключением наложения зон концентрации напряжений друг на друга.
Наличие дополнительных продольных направляющих пазов в боковых стенках консольной части хребтовой балки обеспечивает повышение прочности крепления хвостовика одной из частей устройства сочленения в хребтовой балке за счет размещения базирующих элементов хвостовика, в случае их наличия, а также дополнительного перераспределения нагрузок, возникающих при эксплуатации и действующих на хвостовик одной из частей устройства сочленения, что приводит к снижению нагрузок, действующих на сварное соединение хвостовика и хребтовой балки рамы вагона по краям соединения, тем самым повышая прочность крепления хвостовика во внутренней полости консольной части хребтовой балки рамы железнодорожного грузового вагона.
Таким образом, заявляемая полезная модель всей своей совокупностью существенных признаков позволяет обеспечить конструкцией хребтовой балки повышение прочности крепления во внутренней полости ее консольной части хвостовика устройства сочленения.