РАМА ПОЛУВАГОНА

Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта и касается полувагонов, в частности конструктивного выполнения рамы, а именно шкворневого узла рамы полувагона.
Из уровня техники известны рамы полувагонов модели 12-196-01 и модели 12-9853.
Технической проблемой указанных рам полувагонов является слабый узел соединения хребтовой балки и шкворневой балки, известный в литературе как шкворневой узел, являющийся наиболее нагруженным узлом, определяющим надёжность всей рамы, т.к. воспринимает большую часть усилий, особенно со стороны консольных частей рам, возникающих при эксплуатации полувагона под действием нагрузок.
Известна рама железнодорожного полувагона (RU 130565, B61D3/00, B61F1/02, опубл. 27.07.2013) и рама кузова полувагона (RU 2325295, B61 B61F 1/02, B61F 1/08, B61D 3/00, B61D 17/10, опубл. 27.05.2008), в которых места соединения хребтовой балки и шкворневых балок усилены элементами жёсткости, которые приварены продольно хребтовой балке к ее нижней полке встык с нижним листом шкворневой балки. Данные технические решения направлены на обеспечение надёжного соединения хребтовой и шкворневых балок, повышение долговечности конструкции шкворневого узла. Однако данные решения не исключают повреждаемости шкворневых балок. При ударных воздействиях возникают повышенные напряжения в нижних листах шкворневых балок, что может привести к появлению трещин и излому.
Технической проблемой ближайших аналогов является недостаточная надёжность конструкции рамы полувагона в шкворневом узле.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является увеличение надёжности рамы полувагона.
Технический результат достигается рамой полувагона, содержащей хребтовую балку, включающую верхнюю и нижние полки и боковые стенки, и шкворневые балки, каждая из которых включает верхний шкворневой лист, вертикальные стенки, и нижний шкворневой лист, выполненный с крепёжной площадкой, посредством которой шкворневая балка соединена с хребтовой балкой, при этом места соединения шкворневых балок с хребтовой балкой усилены элементами жёсткости симметрично установленными относительно продольной оси хребтовой балки, при этом элементы жёсткости шкворневых балок выполнены в виде нижних накладок, каждая из которых закреплена на внутренней поверхности крепёжной площадки и состыкована своими кромками с вертикальной стенкой шкворневой балки и с кромкой нижней полки хребтовой балки, также элементы жёсткости шкворневых балок выполнены в виде нижних вертикальных накладок, каждая из которых закреплена на вертикальной стенке шкворневой балки и состыкована своими кромками с нижней накладкой и с хребтовой балкой по контуру поперечного сечения хребтовой балки; также элементы жёсткости шкворневых балок выполнены в виде верхних вертикальных накладок, каждая из которых закреплена на вертикальной стенке шкворневой балки и состыкована своими кромками с внутренней поверхностью верхнего шкворневого листа и с боковой стенкой хребтовой балки по контуру поперечного сечения хребтовой балки.
В качестве развития полезной модели нижние накладки и нижние вертикальные накладки шкворневых балок могут быть усилены вертикальными продольными рёбрами, каждое из которых закреплено своими кромками на нижней накладке и нижней вертикальной накладке. В варианте исполнения нижние накладки своей кромкой, противоположной углу соединения хребтовой балки со шкворневой балкой, могут быть выполнены с контуром, повторяющим контур крепёжной площадки в месте соединения хребтовой балки со шкворневой балкой. Кроме того, в качестве развития полезной модели верхние вертикальные накладки могут быть усилены поперечными рёбрами, каждое из которых закреплено своими кромками на вертикальной стенке шкворневой балки и на боковой стенке хребтовой балки с охватом нижнего конца верхней вертикальной накладки.
Также элементы жёсткости шкворневых балок могут быть выполнены в виде нижних продольных накладок на внешних поверхностях нижних полок хребтовой балки, состыкованных с нижним шкворневым листом шкворневой балки со стороны центральной части рамы; элементы жёсткости шкворневых балок могут быть выполнены в виде нижней продольной накладки-перемычки на внешней поверхности нижних полок хребтовой балки, состыкованные с нижним шкворневым листом шкворневой балки со стороны консольной части рамы.
Кроме того, в качестве развития полезной модели элементы жёсткости хребтовой балки могут быть выполнены в виде верхних горизонтальных продольных накладок, установленных на верхней полке хребтовой балки и состыкованных своими кромками с верхним шкворневым листом шкворневой балки, и могут быть выполнены в виде боковых вертикальных накладок, каждая из которых установлена на боковой стенке хребтовой балки в месте соединения шкворневой балки с хребтовой балкой.
В вариантах исполнения полезной модели элементы жёсткости могут быть выполнены в виде плоских пластин; элементы жёсткости могут иметь сквозной паз для наложения дополнительного монтажного шва с целью получения более жёсткого соединения; элементы жёсткости могут быть закреплены симметрично относительно продольной оси шкворневой балки.
Кроме того, в вариантах исполнения хребтовая балка может быть выполнена из двух состыкованных зетобразных профилей; хребтовая балка может быть выполнена из омегообразного профиля.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что в предлагаемой раме полувагона элементы жёсткости шкворневых балок выполнены в виде нижних накладок, каждая из которых закреплена на внутренней поверхности крепёжной площадки и состыкована своими кромками с вертикальной стенкой шкворневой балки и с кромкой нижней полки хребтовой балки, также элементы жёсткости шкворневых балок выполнены в виде нижних вертикальных накладок, каждая из которых закреплена на вертикальной стенке шкворневой балки и состыкована своими кромками с нижней накладкой и с хребтовой балкой по контуру поперечного сечения хребтовой балки; также элементы жёсткости шкворневых балок выполнены в виде верхних вертикальных накладок, каждая из которых закреплена на вертикальной стенке шкворневой балки и состыкована своими кромками с внутренней поверхностью верхнего шкворневого листа и с боковой стенкой хребтовой балки по контуру поперечного сечения хребтовой балки; нижние накладки и нижние вертикальные накладки шкворневых балок могут быть усилены нижними вертикальными продольными рёбрами, каждое из которых закреплено своими кромками на нижней накладке и нижней вертикальной накладке; нижние накладки своей кромкой, противоположной углу соединения хребтовой балки со шкворневой балкой, могут быть выполнены с контуром, повторяющим контур крепёжной площадки в месте соединения хребтовой балки со шкворневой балкой; верхние вертикальные накладки могут быть усилены поперечными рёбрами, каждое из которых закреплено своими кромками на вертикальной стенке шкворневой балки и на боковой стенке хребтовой балки с охватом нижнего конца верхней вертикальной накладки; элементы жёсткости шкворневых балок могут быть выполнены в виде нижних продольных накладок на внешней поверхности нижних полок хребтовой балки, состыкованных с нижним шкворневым листом шкворневой балки со стороны центральной части рамы; элементы жёсткости шкворневых балок могут быть выполнены в виде нижней продольной накладки-перемычки на внешней поверхности нижних полок хребтовой балки, состыкованные с нижним шкворневым листом шкворневой балки со стороны консольной части рамы; элементы жёсткости хребтовой балки могут быть выполнены в виде верхних горизонтальных продольных накладок, установленных на верхней полке хребтовой балки и состыкованных своими кромками с верхним шкворневым листом шкворневой балки, и могут быть выполнены и в виде боковых вертикальных накладок, каждая из которых установлена на боковой стенке хребтовой балки в месте соединения шкворневой балки с хребтовой балкой; элементы жёсткости могут быть выполнены в виде плоских пластин; элементы жёсткости могут иметь сквозной паз для наложения дополнительного монтажного шва с целью получения более жёсткого соединения; элементы жёсткости могут быть закреплены симметрично относительно продольной оси шкворневой балки; хребтовая балка может быть выполнена из двух состыкованных зетобразных профилей; хребтовая балка может быть выполнена из омегообразного профиля. Такое отличие от прототипа даёт основание утверждать о соответствии предлагаемого технического решения критерию патентоспособности полезной модели – «новизна».
Предлагаемая полезная модель поясняется графическим материалом, где на фиг. 1 показана рама полувагона, вид снизу; на фиг. 2 – шкворневой узел рамы, изометрическая проекция вида снизу; на фиг. 3 - шкворневой узел рамы, изометрическая проекция вида сверху.
Рама полувагона (фиг. 1 и 2) содержит хребтовую балку 1 и шкворневые балки 2. Хребтовая балка включает нижние полки 1.1, боковые стенки 1.2 и верхнюю полку 1.3. Каждая шкворневая балка 2 включает верхний шкворневой лист 2.1, вертикальные стенки 2.2 и нижний шкворневой лист 2.3. Нижний шкворневой лист 2.3 выполнен с крепёжной площадкой 2.3.1, посредством которой шкворневая балка 2 соединена с хребтовой балкой 1. Места соединения шкворневых балок 2 с хребтовой балкой 1 усилены элементами жёсткости шкворневых балок 2 и элементами жёсткости хребтовой балки 1, симметрично установленными относительно продольной оси хребтовой балки 1.
Технический результат, который заключается в увеличении надёжности рамы полувагона, обеспечивается следующим образом.
Элементы жёсткости шкворневых балок 2 (фиг. 3) выполнены в виде нижних накладок 3, каждая из которых закреплена на внутренней поверхности крепёжной площадки 2.3.1 в месте соединения хребтовой балки 1 с нижним шкворневым листом 2.3 и состыкована своими кромками с вертикальной стенкой 2.2 шкворневой балки 2 и с кромкой нижней полки 1.1 хребтовой балки 1. Также элементы жёсткости шкворневых балок 2 выполнены в виде нижних вертикальных накладок 4, каждая из которых закреплена на вертикальной стенке 2.2 шкворневой балки и состыкована своими кромками с нижней накладкой 3 и с боковой стенкой 1.2 хребтовой балки 1 по контуру поперечного сечения хребтовой балки 1. Элементы жёсткости шкворневых балок 2 выполнены в виде верхних вертикальных накладок 5, каждая из которых закреплена на вертикальной стенке 2.2 шкворневой балки 2 и состыкована своими кромками с внутренней поверхностью верхнего шкворневого листа 2.1 и с боковой стенкой 1.2 хребтовой балки 1 по контуру поперечного сечения хребтовой балки 1.
За счёт установки нижних 3, 4 и верхних 5 элементов жёсткости шкворневых балок 2 путём предлагаемого соединения их с хребтовой 1 и шкворневыми 2 балками происходит снижение напряжений, возникающих, в том числе, от ударных нагрузок, что увеличивает прочность и надёжность шкворневых узлов и рамы полувагона в целом.
В качестве развития полезной модели нижние накладки 3 и нижние вертикальные накладки 4 усилены вертикальными продольными рёбрами 6, каждое из которых закреплено своими кромками на нижней накладке 3 и нижней вертикальной накладке 4. Кроме этого, нижние накладки 3 своей кромкой 3.1, противоположной углу соединения хребтовой балки 1 со шкворневой балкой 2, выполнены с контуром, повторяющим контур крепёжной площадки 2.3.1 в месте соединения хребтовой балки 1 со шкворневой балкой 2, что обеспечивает усиление крепёжной площадки 2.3.1 путём увеличения её толщины сечения. Также и верхние вертикальные накладки 5 усилены поперечными рёбрами 7, каждое из которых закреплено своими кромками на вертикальной стенке 2.2 шкворневой балки 2 и на боковой стенке 1.2 хребтовой балки 1 и охватывает нижний конец верхней вертикальной накладки 5.
Элементы жёсткости шкворневых балок 2 выполнены в виде нижних продольных накладок 8 на внешней поверхности нижних полок 1.1 хребтовой балки 1, состыкованные с нижним шкворневым листом 2.3 шкворневой балки 2 со стороны центральной части рамы. Также элементы жёсткости шкворневых балок 2 выполнены в виде нижней продольной накладки-перемычки 9 на внешней поверхности нижних полок 1.1 хребтовой балки 1, состыкованные с нижним шкворневым листом 2.3 шкворневой балки 2 со стороны консольной части рамы. Указанные элементы жёсткости позволяют увеличить площадь нижнего шкворневого листа 2.3 и толщину сечения нижних полок 1.1 хребтовой балки 1, что обеспечивает снижение напряжений.
Элементы жёсткости хребтовой балки 1 выполнены в виде верхних горизонтальных продольных накладок 10, установленных на верхней полке 1.3 хребтовой балки 1 и состыкованных своими кромками с верхним шкворневым листом 2.1 шкворневой балки 2, и в виде боковых вертикальных накладок 11, каждая из которых установлена на боковой стенке 1.2 хребтовой балки 1 в месте соединения шкворневой балки 2 с хребтовой балкой 1. Такое исполнение позволяет также увеличить толщину сечения верхней полки 1.3 и боковой стенки 1.2 хребтовой балки 1, соответственно, а также увеличить площадь верхнего шкворневого листа 2.1 шкворневой балки 2, что обеспечивает снижение напряжений.
В вариантах выполнения полезной модели элементы жёсткости выполнены в виде плоских пластин. Элементы жёсткости имеют сквозной паз для наложения дополнительного монтажного шва с целью получения более жёсткого соединения. Кроме того, элементы жёсткости закреплены симметрично относительно продольной оси шкворневой балки 2.
Также в вариантах исполнения хребтовая балка 1 может быть выполнена из двух состыкованных зетобразных профилей или из омегообразного профиля.
Заявляемая полезная модель работает следующим образом.
В эксплуатации, например, при роспуске вагона с сортировочной горки, рама полувагона в шкворневых узлах испытывает значительные изгибные деформации от ударных нагрузок, что приводит к возникновению высоких внутренних напряжений в шкворневых балках 2 и в хребтовой балке 1, особенно со стороны консольных частей. Предлагаемые элементы жёсткости, выполненные в виде накладок и рёбер на шкворневых балках 2 и на хребтовой балке 1, снижают указанные внутренние напряжения, тем самым увеличивая прочность и надёжность шкворневых узлов рамы полувагона.
Таким образом, увеличение надёжности каждого шкворневого узла заявляемого конструктивного исполнения рамы полувагона позволяет увеличить её надёжность в целом.