ВАГОН В.В. БОДРОВА ДЛЯ ПОДВИЖНЫХ ТЯЖЕЛЫХ НЕГАБАРИТНЫХ ГРУЗОВ
BODROV CAR FOR MOVABLE HEAVY OVERSIZE LOADS

Изобретение относится к железнодорожному транспорту для оперативной доставки и разгрузки/погрузки на неподготовленные площадки и автодороги подвижных/самоходных грузов.
В качестве прототипа принят вагон для перевозки самоходной техники [1]. Вагон включает кузов, выполненный в виде несущей замкнутой в поперечном сечении оболочки как единое целое с одной торцевой стенкой, и сочленен с несущей рамой, опирающейся на ходовые тележки, посредством узла сочленения, включающего механизм подъема, механизм поворота в горизонтальной плоскости и механизм наклона в вертикальной плоскости.
Кузов оборудован контргрузом с возможностью перемещения по дну вдоль продольной оси, колесоотбойниками с возможностью поперечного симметричного раздвижения и телескопическими упорами в грунт с возможностью управляемого удлинения.
В месте соединения с узлом сочленения хребтовая балка выполнена с усилением снизу и с углублением сверху таким, что верх механизма сочленения находится на уровне верха хребтовой балки.
Применительно к перевозке подвижных тяжелых негабаритных по ширине и высоте грузов, наиболее существенные недостатки прототипа:
- при подъеме кузова над рамой его вес распределяется не равномерно по всей хребтовой балке, а локально, на участке углубления, что существенно увеличивает изгибающий момент и, как следствие, требует или особо жесткой конструкции, или существенного уменьшения веса перевозимой техники относительно грузоподъемности вагона;
- кузов с поперечным сечением в пределах наибольшего габарита вагонов Т ограничивает габариты многих видов перевозимой техники, а углубления для размещения телескопических упоров в грунт дополнительно уменьшают допустимую ширину техники.
Задача изобретения - предложение транспортного средства для оперативной доставки к местам вблизи железнодорожных линий тяжелой негабаритной подвижной техники.
Задача решается за счет того, что в вагоне для подвижных тяжелых негабаритных грузов, включающем кузов, выполненный в виде несущей замкнутой в поперечном сечении оболочки как единое целое с одной торцевой стенкой и оборудованный контргрузом с возможностью перемещения по дну вдоль продольной оси кузова, колесоотбойниками с возможностью симметричного раздвижения и телескопическими упорами в грунт с возможностью управляемого удлинения, несущую раму, хребтовая балка которой выполнена в месте соединения с узлом сочленения с углублением сверху и усилением снизу и узел сочленения несущей рамы с кузовом, включающий механизмы подъема, поворота и наклона, согласно изобретению кузов выполнен с поперечным сечением в пределах допустимого негабарита, а несущая рама выполнена со сдвоенной хребтовой балкой и с возможностью опоры на рельсы/шпалы/грунт в зоне узла сочленения.
Дополнительно к этому телескопические упоры в грунт со стороны открытого торца размещены внутри кузова с возможностью перемещения за боковые стены кузова при его повороте.
Согласно [2] допустимый негабарит в нижней половине вагона равен 4.4 м и 2.28 м вверху, что допускает возможность перевозки самоходной техники существенно большей ширины. Внутренние размеры кузова могут быть: ширина в нижней половине 4.3, под крышей 2.2, высота 4 м. При четырехосных тележках длина кузова может быть порядка 25 м, грузоподъемность - порядка 140 т.
Поскольку при погрузке/разгрузке большая часть кузова не опирается о несущую раму и грунт обочины, его продольная жесткость, как и в прототипе, обеспечивается за счет выполнения в виде замкнутой оболочки (некруглая труба), при этом днище кузова может иметь небольшую толщину, а торцовая стенка, выполненная как единое целое с кузовом, обеспечивает его поперечную жесткость,
В прототипе телескопические упоры в грунт расположены снаружи боковых стен в пределах габарита вагона, но ниши под упоры выступают внутрь вагона, соответственно сужая возможную ширину перевозимого груза. Расположение телескопических упоров в грунт внутри кузова с возможностью перемещения их за боковые стены при повороте кузова для погрузки/разгрузки не создает дополнительного ограничения ширины груза.
Ходовая часть (колеса/гусеницы) подвижного груза повышенной ширины, как правило, более широко разнесена по сторонам. Сдвоенная хребтовая балка не только существенно увеличивает несущую способность рамы, но и позволяет уменьшить поперечную жесткость днища кузова за счет приближения колес/гусениц к зоне опоры кузова на хребтовые балки, а повышенный вес не только перевозимого груза, но и тары компенсируется повышенным количеством колесных пар в тележках. Применение трех- или четырехосных тележек требует увеличения длины кузова, что позволяет увеличить допустимый габарит груза по длине.
Согласно теории сопротивления материалов:
- Наибольший изгибающий момент в балке, равномерно нагруженной по длине пролета общей силой Р, в два раза меньше, чем в балке, нагруженной той же сосредоточенной силой в ее середине. Сдвоенная хребтовая балка с размещением шкворневых узлов рамы и автосцепок между хребтовыми балками компенсирует сосредоточение нагрузки.
- Изгибающий момент в нагруженной силой Р балке на двух опорах пропорционален расстоянию между опорами, для увеличения этого расстояния при сохранении несущей способности необходимо увеличить момент сопротивления изгибу, что для минимизации утяжеления достигается увеличением высоты сечения балки, но при увеличении высоты хребтовой балки уменьшается допустимый габарит груза по высоте. Дополнительная опора под узлом сочленения (примерно в середине базы вагона) на время сосредоточения нагрузки (поднятия и поворота кузова) позволяет существенно увеличить длину вагона (габарит груза по длине) без уменьшения габарита по высоте при минимизации веса тары вагона, а в транспортном положении несущая способность балки увеличенной длины достигается удвоением хребтовых балок.
Изложенная сущность изобретения поясняется чертежами, где изображено:
Фиг. 1 - Вагон в транспортном положении.
Фиг. 2 - Вагон в положении разгрузки на обочину или автодорогу.
Фиг.3 - Вид по А
Фиг. 4 - Поперечный разрез по оси узла сочленения при кузове в транспортном положении.
Фиг. 5 - Поперечный разрез по оси узла сочленения при поднятом кузове.
Фиг. 6 - Вид I
Фиг. 7 - Вид II
Фиг. 8 - Разрез Б-Б
Фиг. 9 - Продольный разрез индивидуальной емкости для каждого эластичного баллона механизма подъема.
Вагон включает: кузов 1 (фиг. 1-4), несущую раму 2 (фиг. 1, 2) с усилением 3 (фиг. 1, 5), на концах которого шарнирно закреплены опорные рамы 4 с домкратами 5 и с приводом подъема (не показан), узел сочленения 6 (фиг. 1) и тележки 7 (фиг. 1, 2, 4). Задняя часть кузова оборудована дверью 8 (фиг. 1, 3) и парой шарнирно закрепленных телескопических упоров (в дальнейшем т/упор) 9, например гидравлических, с приводом 10 подъема. Передний торец кузова оборудован парой шарнирно закрепленных т/упоров 11 (фиг. 2-4). Открытый торцевой проем кузова 1 в транспортном положении закрыт торцовой стенкой 12 (фиг. 1, 2), жестко закрепленной к концевой балке несущей рамы 2. Днище 13 (фиг. 5, 6) кузова 1 оборудовано кулачками 14 (фиг. 3). Внутри кузова 1 расположены перемещаемый лебедкой (не показана) контргруз 15 (фиг. 2, 3, 5) и колесоотбойники 16 с механизмом симметричного раздвижения (не показан). Кроме того, внутри кузова 1 возле двери 8 расположен пульт управления (не показан), мерные емкости 17 (фиг. 9) с антифризом, маслонасосы и емкость (не показаны) с маслом для гидроцилиндров т/упоров 9, 11 и домкратов 5.
Узел сочленения 6 включает механизм подъема кузова 1 и механизмы его поворота и наклона.
Механизм подъема включает жестко закрепленный к днищу 13 опорный диск 18 (фиг. 5, 6) с центрирующим упором 19 (фиг. 5, 8), эластичные баллоны 20 (фиг. 6-8) и промежуточное кольцо 21 (фиг. 6, 7). Механизм поворота включает поддон 22 (фиг. 5-7) с кольцевым ограничителем 23 (фиг. 5, 8), антифрикционную прокладку 24 (фиг. 6, 7), жестко закрепленную к поддону 22 коническую шестерню 25, ведущую коническую шестеренку 26 и ее привод 27 (фиг. 6-8), жестко закрепленный к днищу 13 через пылеотбойник 28 (фиг. 6, 7). Механизм наклона включает жестко закрепленный к поддону 22 посредством ребер жесткости 29 (фиг. 5, 6) верхний дуговой лист 30 (фиг. 1, 5), свободно опирающийся на нижний дуговой лист 31 (фиг. 5), жестко закрепленный в вырезе хребтовых балок 2, усиленном снизу счетверенным z-товым профилем 3. Кроме того, механизм наклона включает контргруз 15 и т/упоры 9, 11.
Устройство работает следующим образом.
В исходном положении вагон пустой, кузов 1 повернут вдоль продольной оси вагона и опирается на несущую раму 2. Клиновые кулачки 14 на днище кузова плотно сидят в клиновых гнездах (не показаны) на несущей раме, исключая возможность горизонтального перемещения кузова относительно несущей рамы. Торцевой проем передней части кузова 1 закрыт торцевой стенкой 12. Центрирующий упор 19 опирается об околоосевую часть поддона 22, исключая полное сжатие баллонов 20. Кольцевой ограничитель 23, контактирующий с боковой поверхностью центрирующего упора 19 по ходовой посадке, фиксирует его расположение строго по оси механизма поворота. Т/упоры 9 удерживаются приводом 10 в горизонтальном положении в нишах кузова 1, а т/упоры 11 расположены внутри кузова. Пружины внутри т/упоров 9 и 11 поддерживают их минимальную длину. Опорные рамы 4 с домкратами 5 удерживаются приводом в горизонтальном положении.
Для погрузки техники в вагон оператор подключает пульт управления к магистрали сжатого воздуха тормозной системы состава и к его электросистеме, опускает в вертикальное положение опорные рамы 4 с домкратами 5, включает насос подачи масла в домкраты 5. Давление масла в домкратах 5 ограничивается величиной, при которой общая сила давления на рельсы четырех домкратов примерно равна весу тары вагона. После этого оператор включает подачу сжатого воздуха в мерные емкости 17 с жидкостью, например антифризом, отделенным от воздушной полости эластичной мембраной, например полиуретановой. Количество емкостей 17 равно количеству баллонов 20. Жидкость выдавливается в баллоны 20 и кузов 1 поднимается. При этом в автоматическом режиме поддерживается горизонтальность днища кузова положением контргруза 15 - в случае наклона кузова 1 сверх допустимой величины включается привод перемещения контргруза 15 до устранения наклона. После полного выдавливания всей жидкости из емкостей 17 мембраны перекрывают трубопровод ее подачи, обеспечивая поступление равного объема жидкости в каждый баллон 20 и, соответственно, горизонтальность кузова 1, поднятого на величину, достаточную для выхода клиновых кулачков 14 из клиновых гнезд и для зацепления шестерен 25 и 26. Величина поднятия кузова 1 меньше высоты кольцевого ограничителя 23, поэтому соосность центрирующего упора 19 с поддоном 22 сохраняется при любом положении кузова. Оператор включает привод 27 и кузов 1 поворачивается в горизонтальной плоскости в нужную сторону на нужный угол, опускает т/упоры 9, поворачивает в горизонтальной плоскости т/упоры 11 на 180°, переводя их за боковые стены кузова 1, после чего подачей масла в гидроцилиндры т/упоров 9, 11 раздвигает их до упора в грунт/площадку. Затем масло из т/упоров 11 перекачивается в т/упоры 9 и кузов 1 наклоняется в вертикальной плоскости до упора днища кузова под открытым торцевым проемом в грунт/площадку. Колесоотбойники 16 устанавливаются в такое положение, при котором заезжающая техника перемещается строго по центру поперечного сечения кузова. Т/упорами 9 и 11 кузов поднимается в горизонтальное положение, затем они укорачиваются на 0.03-0.06 м и, в зависимости от наклона кузова вперед или назад, загруженная техника перемещается вдоль кузова до начала наклона в другую сторону (предварительная центровка груза), включается автоматический режим балансирования контргрузом 15 с учетом момента трения в механизме наклона, затем т/упоры 9 и 11 укорачиваются до предела и переводятся в исходное положение, после чего кузов поворачивается в исходное положение, в емкостях 17 стравливается давление воздуха и жидкость из баллонов 20 под действием силы веса кузова перетекает в емкости 17. Кузов опускается на несущую раму 2, колеса/гусеницы погруженной техники фиксируются, стравливается давление из домкратов 5, опорные рамы 4 поворачиваются в исходное положение. Вагон готов к транспортировке.
На участке разгрузки освобождаются колеса/гусеницы техники, опорные рамы 4 опускаются и в домкраты 5 подается масло, кузов поднимается и поворачивается в нужную сторону, наклоняется до упора днища под открытым торцом в грунт аналогично порядку действий перед его погрузкой, техника выезжает, затем опорные рамы и кузов возвращаются в исходное положение действиями, аналогичными порядку действий после его погрузки в пункте отправления.
Таким образом, предложенная конструкция вагона позволяет оперативно доставлять к заданному месту вблизи железной дороги подвижную тяжелую негабаритную технику - автокраны, бульдозеры, автомашины-длинномеры, трейлеры с грузом и др., разгружаться на неподготовленные площадки/авто дороги, или наоборот, загружать ее с неподготовленных площадок/автодорог в вагон.
Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки
1. В.В. Бодров. Вагон для перевозки самоходной техники. Патент RU 2580389 С2, МПК B61D 3/18. Опубл. 10.04.2015, Бюл. №25.
2. Инструкция по перевозке негабаритных и тяжеловесных грузов на железных дорогах государств - участников СНГ, Латвийской республики, Литовской республики, Эстонской республики. Утверждена на тридцатом заседании Совета по железнодорожному транспорту 19.10.2001.