РАМА ВАГОНА-ЦИСТЕРНЫ Российский патент 1997 года по МПК B61F1/02 

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к конструкциям рам вагонов для установки емкостей (котлов) при перевозке жидких грузов.

Известна рама вагона-цистерны, содержащая хребтовую балку, соединенную с двумя шкворневыми и двумя концевыми балками. С каждой стороны рамы концы шкворневых и концевых балок соединены боковыми балками, образуя две консольные части рамы. Во внутренней части рамы продольные элементы между концами шкворневых балок отсутствуют. Котел опирается на опоры, расположенные на шкворневых балках, и жестко закреплен лапами к хребтовой балке в средней ее части. Поглощающие аппараты автосцепки установлены внутри хребтовой балки по ее концам.

Недостатком указанного технического решения является то, что при кососимметричном наезде первой и второй тележек на неровности и одновременном приложении к раме продольных сил, напряжения в хребтовой балке во внутренней ее части вблизи шкворневых балок превышают допустимые и в хребтовой балке появляются трещины. Это явилось одной из причин прекращения производства таких рам для установки цистерн на железных дорогах России с 1 июля 1994 г.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является рама вагона-цистерны, содержащая хребтовую и боковые балки, соединенные между собой концевыми, шкворневыми и промежуточными поперечными балками. На шкворневых балках жестко закреплены боковые скользуны и пятники
снизу и опоры котла сверху. В районе центра тяжести хребтовой балки сверху жестко закреплены лапы для крепления котла.

Недостаток указанной конструкции заключается в том, что при ударе в автосцепку груженой цистерны инерционные силы от котла, приложенные к лапам в районе центра тяжести хребтовой балки, направлены навстречу ударной волне. Опыт эксплуатации показал, что суммирование напряжений от удара и инерционных сил от котла происходит на отрезке хребтовой балки между шкворневыми на расстоянии 100-200 мм от шкворневой балки. Это приводит к появлению трещин на хребтовых балках в этом сечении уже в первые пять лет эксплуатации рамы.

Боковые балки на участке между шкворневыми балками, существенно повышающие жесткость рамы при ее скручивании, практически не работают при ударе в автосцепку.

Задача изобретения повышение прочности и надежности рамы вагона-цистерны.

Задача решается в конструкции рамы вагона-цистерны, содержащей хребтовую и боковые балки, соединенные между собой концевыми, шкворневыми и промежуточными поперечными балками. На шкворневых балках жестко закреплены боковые скользуны, пятники снизу и опоры котла сверху. На хребтовой балке сверху жестко закреплены лапы.

Согласно изобретению рама снабжена четырьмя раскосами, расположенными попарно между шкворневыми балками и симметрично относительно поперечной оси рамы. Раскосы каждой пары закреплены одним концом на боковых балках, другими
на хребтовой балке под углом " Φ " друг к другу. Угол " v " направлен вершиной к центру тяжести рамы. При этом расстояние "а" от вершины угла " v " до центра тяжести рамы и угол " v " между раскосами определены соотношениями
а L(0,3-0,4)

где
L расстояние между пятником и центром тяжести рамы;
l половина базы тележки;
B половина наружной ширины рамы.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в восприятии части сжимающей нагрузки раскосами и передачи ее на боковые балки, каждая из которых на участке между местом крепления раскоса и шкворневой балкой сжимается или растягивается при растягивающих нагрузках.

Это достигается за счет того, что рама снабжена четырьмя раскосами, расположенными попарно между шкворневыми балками и симметрично относительно поперечной оси рамы, раскосы каждой пары закреплены одним концом на боковых балках, другим на хребтовой балке под углом " Φ " друг к другу, направленным вершиной к центру тяжести рамы.

Проведенные расчеты и результаты моделирования на ЭВМ показали, что оптимальное расстояние "а" от вершины угла " v " до центра тяжести рамы и угол " v " между раскосами определены соотношениями
а=L(0,3 0,4)

Минимальное расстояние между вершинами углов, образуемых раскосами 2а min 2,5 м. При меньшем расстоянии напряжения суммируются в районе крепления лап, что недопустимо.

Максимальное расстояние между пятниками 2L_max=10 м. При большем расстоянии наличие рамы нецелесообразно и котел устанавливается непосредственно на тележки.

На фиг. 1 изображена рама вагона-цистерны, общий вид; на фиг. 2 вид А на фиг. 1.

Рама вагона-цистерны содержит хребтовую 1 и две боковые 2 балки, соединенные между собой концевыми 3, шкворневыми 4 и промежуточными 5 балками.

На шкворневых балках жестко закреплены снизу боковые скользуны (не показаны), пятники 6 и, сверху, опоры 7 котла. В средней части хребтовой балки сверху жестко закреплены лапы 8, удерживающие котел от продольных перемещений.

Рама снабжена четырьмя раскосами 9, расположенными попарно между шкворневыми 4 балками и симметрично относительно поперечной оси рамы. Раскосы 9 каждой пары закреплены одним концом на боковых 2 балках, другим на хребтовой 1 балке под углом " Φ " друг к другу. Вершины углов " v ", образованных каждой парой раскосов 9, направлены к центру тяжести 10 рамы. Расстояние "a" от вершины угла " v " до центра тяжести 10 рамы и угол v определены соотношениями
a=L(0,3-0,4)

где
I расстояние между пятником и центром тяжести рамы;
l половина базы тележки;
B половина наружной ширины рамы.

При соударении вагонов, хребтовая 1 балка подвергается воздействию направленных навстречу друг к другу продольной нагрузки от ударной волны передвигаемой ей от корпуса поглощающего аппарата автосцепки и инерционных сил от котла цистерны, передаваемых через лапы 8.

Продольная нагрузка от удара в автосцепку и инерционные силы, действующие встречно, сжимают хребтовую 1 балку на участке от ее центра тяжести 10 до шкворневой 4 балки.

Раскосы 9, установленные на раме, воспринимают часть сжимающей нагрузки от хребтовой 1 балки и передают ее на боковые 2 балки, которые сжимаются на участке от места крепления раскосов 9 до шкворневой 4 балки и растягиваются на остальном участке.

В результате снижаются напряжения в хребтовой 1 балке и повышаются ее прочность и надежность в работе.

Область применения - железнодорожный транспорт. Рама содержит хребтовую и две боковые балки, соединенные между собой концевыми, шкворневыми и промежуточными поперечными балками. На шкворневых балках жестко закреплены снизу боковые скользуны, пятник и сверху - опоры котла. В средней части хребтовой балки сверху жестко закреплены лапы, удерживающие котел от продольных перемещений. Рама снабжена четырьмя раскосами, расположенными попарно между шкворневыми балками и симметрично относительно поперечной оси рамы. Раскосы каждой пары закреплены одним концом на боковых балках, другим - на хребтовой балке под углом Φ друг к другу. 2 ил.

Рама вагона-цистерны, содержащая хребтовую и боковые балки, соединенные между собой концевыми, шкворневыми и промежуточными поперечными балками, боковые скользуны, пятники, опоры котла, жестко закрепленные на шкворневых балках, и лапы, жестко закрепленные на хребтовой балке сверху, отличающаяся тем, что рама снабжена четырьмя раскосами, расположенными попарно между шкворневыми балками и симметрично относительно поперечной оси рамы, раскосы каждой пары закреплены одним концом на боковых балках, другим на хребтовой балке под углом Φ друг к другу, направленным вершиной к центру тяжести рамы, при этом расстояние а от вершины угла до центра тяжести и угол v между раскосами определены соотношениями
а L(0,3 0,4);

где L расстояние между пятником и центром тяжести рамы;
l половина базы тележки-вагона
B половина наружной ширины рамы.