ДЕРЖАВКА ПЕТЛИ КРЫШКИ ЛЮКА ПОЛУВАГОНА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2022 года по МПК B61D3/00 B61D17/10 E05D3/02 

Заявляемое изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к механизмам крепления крышек разгрузочных люков полувагонов.

Известна державка петли крышки люка полувагона [Патент РФ на полезную модель №197285, приоритет от 13.09.2019 г.], имеющая контактное основание и два ребра, в которых выполнены отверстия для установки в них оси шарнирного соединения с петлей крышки люка, при этом в контактном основании выполнены три отверстия для установки элементов крепления, расположенные в его верхней, средней и нижней частях, при этом высота контактного основания составляет от 100 до 120 мм, отверстия в контактном основании выполнены диаметром от 14 до 20 мм, расстояния между центрами отверстий в контактном основании находятся в диапазоне от 35 мм до 45 мм, ширина державки составляет от 70 мм до 84 мм, а ее толщина от 10 мм до 14 мм.

Недостатком вышеуказанных конструкций является расположение отверстий крепления в центральной зоне державки, выстроенные в один вертикальный ряд, что является зоной наибольшей силовой нагрузки. Также недостатком указанной конструкции является большая высота державки, что не позволяет использовать в конструкции рамы хребтовую балку уменьшенной высоты и, как следствие, увеличить объем кузова полувагона за счет понижения уровня пола полувагона.

Известна державка петли крышки люка полувагона [Патент РФ на полезную модель №111083, приоритет от 27.04.2011 г.], выполненная в виде соединенных между собой двух скругленных по контуру ребер, с отверстиями для оси шарнирного соединения, и имеющая контактную поверхность для жесткого закрепления к несущему элементу полувагона так, что контактная поверхность образована кромками оснований скругленных ребер, и соединение последних между собой выполнено посредством наклонной перемычки, верхний край которой расположен в плоскости кромок оснований скругленных ребер и составляет с ними общий контактный контур для жесткого закрепления сваркой к несущему элементу полувагона, при этом скругленные ребра и соединяющая их наклонная перемычка выполнены совместно, в виде цельнолитой детали, или раздельно, в виде отдельных вырезанных элементов, сваренных между собой.

Присоединение державки петли крышки люка с помощью сварки имеет следующие недостатки: возможно возникновение остаточных напряжений в элементах конструкции хребтовой балки, при этом малая площадь контакта державки с элементом хребтовой балкой увеличивает нагрузку на хребтовую балку, передаваемую от крышек люков полувагона.

Также известна державка петли крышки люка полувагона [Отраслевой стандарт «Петля и державка петли крышки люка полувагона», ОСТ 24.151.10-77, раздел «Державка петли крышки люка полувагона» ОСТ 24.151.02-77, черт. 2], выполненная штампованной в виде пластины-основания с двумя скругленными ребрами, в которых имеются отверстия для оси шарнирного соединения с петлей крышки люка. В свободной от скругленных ребрах части плиты-основания, выполнены три отверстия, расположенные в виде треугольника, для закрепления державки к стенке хребтовой балки, посредством заклепок.

Данная конструкция выбрана в качестве прототипа для заявляемого изобретения.

Недостатком указанной конструкции является большая высота державки, что не позволяет использовать ее для установки на хребтовую балку уменьшенной высоты и, как следствие, использовать ее в конструкции полувагона с увеличенным объемом кузова, а также расположение скругленных ребер, в которых имеются отверстия для оси шарнирного соединения с петлей крышки люка относительно отверстий для закрепления державки к стенке хребтовой балки, что увеличивает нагрузки воспринимаемые державкой и увеличивает ее массу.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание конструкции державки петли крышки люка полувагона, позволяющей повысить прочностные характеристики державки, увеличить назначенный срок службы державки и надежное закрепление державки на стенке хребтовой балки, а также обеспечить увеличение объема кузова полувагона за счет внутреннего пространства кузова, при применении хребтовой балки уменьшенной высоты, при сохранении первоначальной внутренней ширины и длины кузова и обеспечить улучшение динамических характеристик вагона, за счет снижения центр масс полувагона.

По первому аспекту поставленная задача решается путем того, что каждый кронштейн державки выполнен в виде гнутого под прямым углом уголка. В одной полке кронштейна выполнено отверстие для крепления оси крышки люка, а в другой полке выполнено не менее двух отверстий для крепления кронштейна к стенке хребтовой балки кузова полувагона. Одно из отверстий для крепления кронштейна к стенке хребтовой балки полувагона расположено выше отверстия для крепления оси крышки люка, то есть центр одного из отверстий для крепления к стенке хребтовой балки полувагона расположен выше центра отверстия для крепления оси крышки люка. Полки кронштейнов с отверстиями для крепления оси крышки люка расположены параллельно таким образом, что отверстия для крепления оси крышки люка каждого из кронштейнов расположены соосно, а полки кронштейнов с отверстиями для крепления к стенке хребтовой балки кузова развернуты в противоположные стороны. Перемычка, соединяющая кронштейны, выполнена в виде пластины и расположена под острым углом по отношению к полкам кронштейнов с отверстиями для крепления кронштейнов к стенке хребтовой балки кузова полувагона.

По второму аспекту поставленная задача решается путем того, что каждый кронштейн державки выполнен в виде гнутого уголка, в одной полке которого выполнено отверстие для крепления оси крышки люка, а в другой полке выполнено не менее двух отверстий для крепления кронштейна к стенке хребтовой балки полувагона. Одно из отверстий для крепления кронштейна к стенке хребтовой балки полувагона расположено на уровне отверстия для крепления оси крышки люка. Полки кронштейнов с отверстиями для крепления оси крышки люков расположены таким образом, что отверстия для крепления оси крышки люка каждого кронштейна соосны между собой, при этом полки кронштейнов с отверстиями для крепления к стенке хребтовой балки полувагона развернуты в противоположные стороны. Перемычка, которая соединяет кронштейны, выполнена в виде пластины или уголка, расположенной под углом по отношению к полкам кронштейнов с отверстиями для крепления к стенке хребтовой балки кузова полувагона.

Сущность изобретения по первому варианту заключается в том, что державка петли крышки люка полувагона включает два кронштейна, жестко соединенные перемычкой, вместе с этим, каждый кронштейн державки выполнен в виде уголка, в одной полке которого выполнено отверстие для крепления оси крышки люка, а в другой полке выполнено не менее двух отверстий для крепления кронштейна к стенке хребтовой балки кузова полувагона, при этом одно из отверстий для крепления кронштейна к стенке хребтовой балки кузова полувагона расположено выше отверстия для крепления оси крышки люка, также полки кронштейнов с отверстиями для крепления оси крышки люка расположены таким образом, что отверстия для крепления оси крышки люка каждого кронштейна соосны между собой, а полки кронштейнов с отверстиями для крепления к стенке хребтовой балки кузова полувагона развернуты в противоположные стороны, при этом перемычка, соединяющая кронштейны между собой, выполнена в виде пластины и расположена под острым углом по отношению к полкам кронштейнов с отверстиями для крепления к стенке хребтовой балки кузова полувагона.

Полки кронштейнов с отверстиями для крепления к стенке хребтовой балки кузова полувагона выполнены в форме прямоугольной трапеции.

Отверстия в полках кронштейнов для крепления к стенке хребтовой балки кузова полувагона выполнены диаметром не менее 16 мм.

Также отверстия в полках кронштейнов для крепления кронштейна к стенке хребтовой балки кузова полувагона расположены от наклонных боковых сторон каждой из полок кронштейнов на расстоянии не менее 24 мм до центра отверстий.

Перемычка соединена с кронштейнами посредством сварки.

Вместе с этим, перемычка установлена перпендикулярно к наклонным нижним граням каждой из полок кронштейнов с отверстиями для крепления оси крышки люка.

Допуск соосности отверстий для крепления оси крышки люка в державке составляет 1 мм.

Высота державки составляет не менее 50 мм и не более 110 мм.

Расстояние между осью отверстия для крепления оси крышки люка и осью верхнего отверстия для крепления кронштейна к стенке хребтовой балки кузова полувагона составляет не менее 5 мм.

Полки каждого кронштейна, в которых выполнены отверстия для крепления оси крышки люка, расположены параллельно по отношению друг к другу.

Сущность изобретения по второму варианту заключается в том, что державка петли крышки люка полувагона, включает два кронштейна, жестко соединенные перемычкой, при этом каждый кронштейн державки выполнен в виде уголка, в одной полке которого выполнено отверстие для крепления оси крышки люка, а в другой полке выполнено не менее двух отверстий для крепления кронштейна к стенке хребтовой балки кузова полувагона, при этом одно из отверстий для крепления кронштейна к стенке хребтовой балки полувагона расположено на уровне отверстия для крепления оси крышки люка, также полки кронштейнов с отверстиями для крепления оси крышки люка расположены таким образом, что отверстия для крепления оси крышки люка каждого кронштейна соосны между собой, а полки кронштейнов с отверстиями для крепления к стенке хребтовой балки кузова полувагона развернуты в противоположные стороны, при этом перемычка, соединяющая кронштейны между собой, выполнена в виде пластины и расположена под углом по отношению к полкам кронштейнов с отверстиями для крепления к стенке хребтовой балки кузова полувагона.

Также полки кронштейнов с отверстиями для крепления к стенке хребтовой балки кузова полувагона выполнены в форме прямоугольной трапеции.

Отверстия в полках кронштейнов для крепления к стенке хребтовой балке кузова полувагона выполнены диаметром не менее 16 мм.

Кроме того, отверстия в полках кронштейнов для крепления кронштейна к стенке хребтовой балки кузова полувагона расположены от наклонных боковых сторон каждой из полок кронштейнов на расстоянии не менее 24 мм до центра отверстий.

Перемычка соединена с кронштейнами посредством сварки.

Допуск соосности отверстий для крепления оси крышки люка в державке составляет 1 мм.

Высота державки составляет не менее 50 мм и не более 110 мм.

Полки каждого кронштейна, в которых выполнены отверстия для крепления оси крышки люка, расположены параллельно по отношению друг к другу.

Сущность заявляемого изобретения по первому и второму варианту поясняется чертежами:

Фиг. 1 - Державка петли крышки люка полувагона (общий вид);

Фиг. 2 - Державка петли крышки люка полувагона (вид слева);

Фиг. 3 - Державка петли крышки люка полувагона (изометрия);

Фиг. 4 - Схема расчета эквивалентных напряжений в державке.

Державка петли крышки люка полувагона по первому и второму вариантам включает два кронштейна 1, жестко соединенные перемычкой 2. Каждый кронштейн 1 державки выполнен в виде уголка (гнутого под прямым углом), в одной полке 3 которого выполнено отверстие 4 для крепления оси крышки люка, а в другой полке 5 выполнено не менее двух отверстий 6 для крепления кронштейна к стенке хребтовой балке кузова полувагона.

В первом варианте изобретения одно из отверстий 6 для крепления кронштейна к стенке хребтовой балки кузова полувагона расположено выше отверстия 4 для крепления оси крышки люка, то есть центр одного из отверстий 6 для крепления кронштейна к стенке хребтовой балке кузова полувагона расположен выше центра отверстия 4 для крепления крышки люка, при этом расстояние между осью отверстия 4 для крепления крышки люка и осью верхнего отверстия 6 для крепления кронштейна к стенке хребтовой балки кузова полувагона составляет не менее 5 мм.

Во втором варианте изобретения одно из отверстий 6 для крепления кронштейна к стенке хребтовой балки кузова полувагона расположено на уровне отверстия 4 для крепления оси крышки люка.

Также полки 3 кронштейнов 1 с отверстиями 4 для крепления оси крышки люка расположены параллельно таким образом, что отверстия 4 для крепления крышки люка каждого из кронштейнов 1 расположены соосно, а полки 5 кронштейнов 1 с отверстиями 6 для крепления кронштейна к стенке хребтовой балки кузова полувагона развернуты в противоположные стороны.

В первом варианте изобретения перемычка 2, выполненная в виде пластины, соединяющая кронштейны 1 в единую конструкцию державки, расположена под острым углом α по отношению к полкам 5 кронштейнов 1 с отверстиями 6 для крепления кронштейна к стенке хребтовой балки кузова полувагона, при этом перемычка 2 установлена перпендикулярно к наклонным граням 8 каждой из полок 3 с отверстиями 4 для крепления крышки люка.

Во втором варианте изобретения перемычка 2, выполненная в виде пластины, соединяющая кронштейны 1 в единую конструкцию державки, расположена под углом по отношению к полкам 5 кронштейнов 1 с отверстиями 6 для крепления кронштейна к стенке хребтовой балки кузова полувагона, то есть под любым углом, за исключением острого.

Кроме того, перемычка 2 соединена с кронштейнами 1 посредством сварки.

Полки 5 с отверстиями 6 для крепления кронштейна к стенке хребтовой балки кузова полувагона выполнены в форме прямоугольной трапеции.

На каждой полке 5 с отверстиями 6 для крепления кронштейна к стенке хребтовой балки кузова полувагона выполнено два отверстия 6 диаметром d равным не менее 16 мм.

Отверстия 6 для крепления к хребтовой балке выполнены параллельно наклонной боковой стороне 7 каждой из полок 5 кронштейнов 1 на расстоянии А не менее 24 мм до центра отверстий 6.

Допуск соосности отверстий 4 для крепления оси крышки люка составляет 1 мм.

Державка выполнена высотой Н не более 110 мм и не менее 50 мм.

Технический результат от заявляемого изобретения по первому и второму вариантам заключается в том, что выполнение каждого кронштейна державки в виде уголка, в одной полке которого выполнено отверстие для крепления оси крышки люка, а в другой полке выполнено не менее двух отверстий для крепления кронштейна к стенке хребтовой балки кузова полувагона, при этом одно из отверстий для крепления кронштейна к стенке хребтовой балки кузова полувагона расположено выше отверстия для крепления оси крышки люка, также полки кронштейнов с отверстиями для крепления оси крышки люка расположены таким образом, что отверстия для крепления оси крышки люка каждого кронштейна соосны между собой, а полки кронштейнов с отверстиями для крепления к стенке хребтовой балки кузова полувагона развернуты в противоположные стороны, при этом перемычка, соединяющая кронштейны между собой, выполнена в виде пластины и расположена под острым углом по отношению к полкам кронштейнов с отверстиями для крепления к стенке хребтовой балки кузова полувагона, или выполнение каждого кронштейна державки в виде уголка, в одной полке которого выполнено отверстие для крепления оси крышки люка, а в другой полке выполнено не менее двух отверстий для крепления кронштейна к стенке хребтовой балки кузова полувагона, при этом одно из отверстий для крепления кронштейна к стенке хребтовой балки полувагона расположено на уровне отверстия для крепления оси крышки люка, также полки кронштейнов с отверстиями для крепления оси крышки люка расположены таким образом, что отверстия для крепления оси крышки люка каждого кронштейна соосны между собой, а полки кронштейнов с отверстиями для крепления к стенке хребтовой балки кузова полувагона развернуты в противоположные стороны, при этом перемычка, соединяющая кронштейны между собой, выполнена в виде пластины и расположена под углом по отношению к полкам кронштейнов с отверстиями для крепления к стенке хребтовой балки кузова полувагона, что обеспечивает увеличение площади опирания державки на стенку хребтовой балки, а также смещение оси крепления оси крышки люка ниже оси крепления державки к хребтовой балке кузова полувагона, что позволяет повысить прочность и надежность крепления державки петли крышки люка полувагона к стенке хребтовой балки и уменьшить напряжения, возникающие в державке во время открывания крышки люка и, как следствие, снизить вероятность появления трещин и изломов в гарантийный эксплуатационный период и увеличить назначенный срок службы, при этом происходит снижение материальных затрат в рамках рекламационной деятельности.

Также обеспечивается возможность изготовления державки петли крышки люка меньшей высоты, что позволяет увеличить объем кузова полувагона путем понижения уровня пола за счет применения в конструкции полувагона хребтовой балки меньшей высоты. При этом достигается понижение высоты центра масс, тем самым улучшая динамические характеристики полувагона и обеспечивая устойчивость полувагона на железнодорожных путях в процессе движения.

Технический результат подтверждается расчетом прочности, который проведен в соответствии с требованиями «Норм для расчета и проектирования вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных)». Оценка напряженного состояния производится методом конечных элементов в ANSYS Workbench 11.0.

Державки как элементы крепления крышек разгрузочных люков полувагона рассчитываются на равномерную по площади крышки люка нагрузку, состоящую из силы тяжести груза, воздействующую на крышку люка, с учетом динамической нагрузки.

Сила P = 14132 Н прикладывается к проушинам державок.

В качестве зон измерения значений эквивалентных напряжений были выбраны зоны, наиболее нагруженные для рассматриваемого расчетного режима. Поля распределения эквивалентных напряжений в державке при действии расчетных нагрузок представлены на фигуре 4.

Выполнение полки с отверстиями для крепления к хребтовой балке полувагона в форме прямоугольной трапеции обеспечивает улучшенное распределение нагрузки, передаваемой от крышки люка за счет увеличения площади опирания в нижней части державки в наиболее нагруженной зоне.

Выполнение на каждой полке с отверстиями для крепления к хребтовой балке полувагона двух отверстий диаметром не менее 16 мм обеспечивает надежное закрепление державки к стенке хребтовой балки кузова полувагона.

Выполнение отверстий для крепления к стенке хребтовой балки параллельно наклонной боковой стороне каждой из полок кронштейнов на расстоянии не менее 24 мм до центра отверстий, позволяет разместить крепление державки петли крышки люка полувагона в виде треугольника с основанием в зоне наибольшего воздействия нагрузки от крышки люка, тем самым усиливая крепление державки к стенке хребтовой балки.

Соединение перемычки с кронштейнами посредством сварки позволяет упростить процесс изготовления державки и снизить ее стоимость.

Установка перемычки перпендикулярно к наклонным граням каждой из полок с отверстиями для крепления крышки люка позволяет разместить перемычку под углом к силе, воздействующей на державку от крышки люка, уменьшая ее и снижая напряжения, возникающие в конструкции державки.

Допуск соосности отверстий для крепления крышки люка, равный 1 мм, гарантирует качественное закрепление крышки люка посредством трех державок, что улучшает условия разгрузки полувагона.

Выполнение державки петли крышки люка полувагона высотой не более 110 мм и не менее 50 мм обеспечивает установку державки на хребтовую балку малой высоты. Например: при высоте державки 50 мм на стенку двутавра высотой 70 мм, соответственно, при высоте державки 110 мм на стенку двутавра высотой 130 мм.

Использование предлагаемого технического решения позволяет при сохранении первоначальной внутренней ширины и длины кузова увеличить внутренний объем кузова полувагона за счет внутреннего пространства кузова.

Выполнение расстояния между осью отверстия для крепления оси крышки люка и осью верхнего отверстия для крепления державки к стенке хребтовой балки не менее 5 мм позволяет разместить ось крепления крышки люка ниже верхней оси крепления державки к стенке хребтовой балке, тем самым уменьшая рычаг силы, передаваемой от крышки люка, и снижая нагрузку на средства крепления державки к стенке хребтовой балки.

В подтверждение данного утверждения, в таблице 1 приведены сравнительные данные по напряжениям, возникающим в заявляемой конструкции державки и в конструкции державки петли крышки люка полувагона по ОСТ 24.151.10-77. Также указана величина снижения напряжений за счет применения указанного технического решения в конструкции державки.

В настоящее время на заявляемую полезную модель разработана конструкторская документация и ведутся всесторонние испытания опытных образцов.

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к механизмам крепления крышек разгрузочных люков полувагонов. Державка петли крышки люка полувагона включает два кронштейна (1), жестко соединенных перемычкой (2). Каждый кронштейн державки выполнен в виде гнутого под прямым углом уголка, в одной полке (3) которого выполнено отверстие (4) для крепления крышки люка, а в другой полке (5) выполнено не менее двух отверстий (6) для крепления к хребтовой балке. В державке по первому варианту центр одного из отверстий для крепления к хребтовой балке расположен выше центра отверстия для крепления крышки люка. В державке по второму варианту одно из отверстий для крепления кронштейна к стенке хребтовой балки расположено на уровне отверстия для крепления оси крышки люка. Перемычка, соединяющая кронштейны, выполнена в виде пластины и расположена под острым углом по отношению к полкам кронштейнов с отверстиями для крепления к хребтовой балке полувагона. Изобретение повышает прочностные характеристики державки и увеличивает срок службы, а также обеспечивает увеличение объема кузова полувагона за счет применения хребтовой балки уменьшенной высоты и улучшает динамические характеристики полувагона. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

1. Державка петли крышки люка полувагона, включающая два кронштейна, жестко соединенных перемычкой, отличающаяся тем, что каждый кронштейн державки выполнен в виде уголка, в одной полке которого выполнено отверстие для крепления оси крышки люка, а в другой полке выполнено не менее двух отверстий для крепления кронштейна к стенке хребтовой балки кузова полувагона, при этом одно из отверстий для крепления кронштейна к стенке хребтовой балки кузова полувагона расположено выше отверстия для крепления оси крышки люка, также полки кронштейнов с отверстиями для крепления оси крышки люка расположены таким образом, что отверстия для крепления оси крышки люка каждого кронштейна соосны между собой, а полки кронштейнов с отверстиями для крепления к стенке хребтовой балки кузова полувагона развернуты в противоположные стороны, при этом перемычка, соединяющая кронштейны между собой, выполнена в виде пластины и расположена под острым углом по отношению к полкам кронштейнов с отверстиями для крепления к стенке хребтовой балки кузова полувагона.

2. Державка петли крышки люка полувагона, включающая два кронштейна, жестко соединенных перемычкой, отличающаяся тем, что каждый кронштейн державки выполнен в виде уголка, в одной полке которого выполнено отверстие для крепления оси крышки люка, а в другой полке выполнено не менее двух отверстий для крепления кронштейна к стенке хребтовой балки кузова полувагона, при этом одно из отверстий для крепления кронштейна к стенке хребтовой балки полувагона расположено на уровне отверстия для крепления оси крышки люка, также полки кронштейнов с отверстиями для крепления оси крышки люка расположены таким образом, что отверстия для крепления оси крышки люка каждого кронштейна соосны между собой, а полки кронштейнов с отверстиями для крепления к стенке хребтовой балки кузова полувагона развернуты в противоположные стороны, при этом перемычка, соединяющая кронштейны между собой, выполнена в виде пластины и расположена под углом по отношению к полкам кронштейнов с отверстиями для крепления к стенке хребтовой балки кузова полувагона.

3. Державка петли крышки люка полувагона по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что полки кронштейнов с отверстиями для крепления к стенке хребтовой балки кузова полувагона выполнены в форме прямоугольной трапеции.

4. Державка петли крышки люка полувагона по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что отверстия в полках кронштейнов для крепления к стенке хребтовой балке кузова полувагона выполнены диаметром не менее 16 мм.

5. Державка петли крышки люка полувагона по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что отверстия в полках кронштейнов для крепления кронштейна к стенке хребтовой балке кузова полувагона расположены от наклонных боковых сторон каждой из полок кронштейнов на расстоянии не менее 24 мм до центра отверстий.

6. Державка петли крышки люка полувагона по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что перемычка соединена с кронштейнами посредством сварки.

7. Державка петли крышки люка полувагона по п. 1, отличающаяся тем, что перемычка установлена перпендикулярно к наклонным нижним граням каждой из полок кронштейнов с отверстиями для крепления оси крышки люка.

8. Державка петли крышки люка полувагона по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что допуск соосности отверстий для крепления оси крышки люка в державке составляет 1 мм.

9. Державка петли крышки люка полувагона по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что высота державки составляет не менее 50 мм и не более 110 мм.

10. Державка петли крышки люка полувагона по п. 1, отличающаяся тем, что расстояние между осью отверстия для крепления оси крышки люка и осью верхнего отверстия для крепления кронштейна к стенке хребтовой балке кузова полувагона составляет не менее 5 мм.

11. Державка петли крышки люка полувагона по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что полки каждого кронштейна, в которых выполнены отверстия для крепления оси крышки люка, расположены параллельно по отношению друг к другу.