ХРЕБТОВАЯ БАЛКА УНИВЕРСАЛЬНОГО ПОЛУВАГОНА Российский патент 2024 года по МПК B61F1/02 B61F1/08 B61D3/04 

Заявляемое изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности, к конструкции хребтовой балки универсальных полувагонов.

Известна конструкция кузова железнодорожного полувагона с разгрузочными люками [патент РФ на полезную модель № 172315, опубликованный 04.07.2017], содержащая раму с хребтовой балкой с вертикальными стенками и нижними полками, крышки разгрузочных люков, шарнирно установленные на несущих кронштейнах, закреплённых на хребтовой балке рамы полувагона. Несущие кронштейны закреплены на вертикальных стенках хребтовой балки, в несущих кронштейнах выполнены отверстия для шарнирной установки крышек разгрузочных люков. Оси указанных отверстий расположены на расстоянии от 25 до 130 мм, измеренном от вертикальных стенок хребтовой балки, и на расстоянии от 25 до 430 мм, измеренном от нижних полок хребтовой балки. При этом, хребтовая балка выполнена из сваренных между собой двух Z-образных профилей или из гнутого омегообразного профиля. Несущие кронштейны закреплены на вертикальных стенках хребтовой балки с помощью заклёпок или с помощью сварного соединения, или с помощью болтового соединения.

Конструкция вышеописанной хребтовой балки позволяет обеспечить высокие показатели в достижении максимально возможного объема кузова универсального полувагона, исходя из требований ГОСТ 9238-2013 «Габариты железнодорожного подвижного состава и приближения строений»; кроме того, добиться высокой унификации при использовании профиля хребтовой балки одинакового сечения, как на крайних участках, так и на среднем участке. Однако, конструкция данной хребтовой балки на среднем участке имеет малый запас прочности, что отрицательно сказывается при эксплуатации универсального полувагона.

Также недостатком данной конструкции является закрепление несущих кронштейнов крышек люков (державок крышек люков) на вертикальных листах хребтовой балки, что уменьшает надежность конструкции хребтовой балки, так как нарушается целостность профиля хребтовой балки из-за просверленных отверстий для крепления державок.

Кроме того, известна хребтовая балка полувагона с разгрузочными люками [патент РФ на полезную модель №171455, опубликованный 01.06.2017], содержащая нижнюю балку омега-образного профиля, на которой установлена верхняя балка с закрепленными державками петель крышек люков, включающую вертикальную стенку и горизонтальную полку. Вертикальная стенка выполнена составной из двух неравнополочных уголков, соединённых друг с другом вертикальными наружными сторонами симметрично относительно оси хребтовой балки. Общая толщина составной вертикальной стенки больше толщины горизонтальной полки верхней балки.

Данная конструкция выбрана в качестве прототипа для заявляемого изобретения.

К недостаткам хребтовой балки можно отнести увеличенные трудозатраты на её изготовление и повышенную материалоемкость конструкции хребтовой балки при незначительной прочности.

Вместе с этим, объем кузова уменьшается из-за того, что на нижнюю балку хребтовой балки устанавливают верхнюю балку, при этом увеличивается расстояние от уровня головки рельса до центра масс, приводящее к повышению динамических нагрузок на кузов, особенно при прохождении радиусных участков железнодорожного пути.

Задачей, на решение которой направлено техническое решение, описанное в изобретении, является создание конструкции хребтовой балки универсального полувагона, обладающей повышенной прочностью и эксплуатационной надежностью, в сочетании с увеличенным объемом кузова и уменьшенным расстоянием от уровня головки рельса до центра масс.

Поставленная задача решается путём того, что каждый вертикальный лист с изменяющейся высотой по нижней кромке имеет по крайним участкам наименьшую высоту, а на среднем участке наибольшую высоту. Средний участок соединен с крайними участками плавными переходными участками. Нижние листы имеют увеличенную ширину в районах участков плавного перехода вертикальных листов по сравнению с шириной крайних и шириной средних участков нижних листов.

Сущность изобретения заключается в том, что хребтовая балка универсального полувагона содержит верхний лист, вертикальные листы с нижними листами, державки крышки люка, при этом каждый вертикальный лист с изменяющейся высотой по нижней кромке имеет по крайним участкам наименьшую высоту, а на среднем участке наибольшую высоту, причем средний участок соединен с крайними участками плавными переходными участками, вместе с этим, нижние листы имеют увеличенную ширину в районах участков плавного перехода вертикальных листов по сравнению с шириной крайних и шириной средних участков нижних листов.

В средней части хребтовой балки между вертикальными листами жестко закреплена диафрагма, к нижней кромке которой жестко закреплена нижняя планка, проходящая концевыми участками посредством сквозных отверстий за вертикальные листы, к которым нижняя планка приварена.

Вариант исполнения, когда в средней части хребтовой балки между вертикальными листами жестко закреплена диафрагма, на расстоянии от нижней кромки которой установлена нижняя планка, проходящая концевыми участками посредством сквозных отверстий за вертикальные листы, к которым нижняя планка приварена.

Высота крайних участков вертикальных листов составляет диапазон от 275 мм до 285 мм, а высота средних участков вертикальных листов составляет диапазон от 415 мм до 425 мм.

Ширина крайних участков нижних листов составляет диапазон от 115 мм до 130 мм, а ширина средних участков нижних листов составляет диапазон от 135 мм до 145 мм, при этом ширина нижних листов в районе участков плавного перехода вертикальных листов составляет диапазон от 205 мм до 195 мм.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами:

Фиг. 1 – Хребтовая балка универсального полувагона (общий вид);

Фиг. 2 – Хребтовая балка универсального полувагона (вид сверху);

Фиг. 3 – Хребтовая балка универсального полувагона (разрез А-А);

Фиг. 4 – Хребтовая балка универсального полувагона (разрез Б-Б);

Фиг. 5 – Хребтовая балка универсального полувагона (разрез В-В);

Фиг. 6 – Хребтовая балка универсального полувагона (общий вид, продольный разрез, аксонометрическая проекция);

Фиг. 7 – Хребтовая балка универсального полувагона (часть общего вида, продольный разрез, аксонометрическая проекция);

Фиг. 8 – Хребтовая балка универсального полувагона (эквивалентные напряжения по Мизесу, МПа (режим Iв)).

Хребтовая балка универсального полувагона содержит верхний лист 1, вертикальные листы 2 и 3 с нижними листами 4 и 5, а также державки крышки люка 6. Каждый вертикальный лист 2 (3) с изменяющейся высотой по нижней кромке 7 имеет по крайним участкам 8 наименьшую высоту (Н₁), а на среднем участке 9 наибольшую высоту (Н₂). Средний участок 9 соединен с крайними участками 8 плавными переходными участками 10. Нижние листы 4, 5 имеют увеличенную ширину (В₁) в районах участков плавного перехода вертикальных листов по сравнению с шириной крайних (В₂) и шириной средних (В₃) участков нижних листов.

В средней части хребтовой балки между вертикальными листами 2, 3 жестко закреплена, по меньшей мере, одна диафрагма 11, к нижней кромке которой жестко закреплена нижняя планка 12, проходящая концевыми участками 13 и 14 посредством сквозных отверстий за вертикальные листы 2, 3, к которым нижняя планка приварена.

Возможен вариант исполнения когда в средней части хребтовой балки между вертикальными листами 2, 3 жестко закреплена, по меньшей мере, одна диафрагма 11, на расстоянии от нижней кромки которой установлена нижняя планка 12, проходящая концевыми участками 13 и 14, посредством сквозных отверстий за вертикальные листы 2 и 3, к которым нижняя планка приварена.

Высота (Н₁) крайних участков 8 вертикальных листов 2 и 3 составляет диапазон от 275 мм до 285 мм, а высота (Н₂) средних участков 9 вертикальных листов 2, 3 составляет диапазон от 415 мм до 425 мм.

Ширина (В₂) крайних участков нижних листов 4 и 5 составляет диапазон от 115 мм до 130 мм, а ширина (В₃) средних участков нижних листов 4, 5 составляет диапазон от 135 мм до 145 мм, при этом ширина (В₁) нижних листов 4 и 5 в районе участков плавного перехода вертикальных листов 2 и 3 составляет диапазон от 205 мм до 195 мм.

Технический результат от заявляемого изобретения заключается в том, что каждый вертикальный лист с изменяющейся высотой по нижней кромке имеет по крайним участкам наименьшую высоту, а на среднем участке наибольшую высоту, причем средний участок соединен с крайними участками плавными переходными участками, при этом нижние листы имеют увеличенную ширину в районах участков плавного перехода вертикальных листов по сравнению с шириной крайних и шириной средних участков нижних листов, позволяет повысить прочность и эксплуатационную надежность, конструкции хребтовой балки универсального полувагона.

Данный вывод основан на расчете заявляемого технического решения.

Максимальные напряжения в элементах кузова, полученные в результате расчета на прочность, указаны в таблице 1 и 2.

Результаты расчета кузова на прочность от сочетаний нагрузок по режимам Iа, Iб, Iв, Iг представлены в таблице 1. Режим Iа – при соударении при роспуске с сортировочной горки, осаживанию тяжеловесного состава вагонов; режим Iб – при трогании тяжеловесного состава; режимы Iв, Iг – при торможении и разгоне состава, двигающегося в кривом участке пути.

Результаты расчета кузова на прочность от сочетаний нагрузок при ремонтном режиме представлены в таблице 2.

Таблица 1 – Результаты расчета кузова на прочность от суммарных нагрузок

Таблица 2 – Результаты расчета кузова на прочность при ремонтном режиме

Таким образом, при самом наихудшем варианте воздействия нагрузок в режиме Iв (сжатии) максимальное значение равно 284,19 МПа, а допустимое значения для разработанной конструкции составляет 351 МПа, соответственно запас прочности составляет 19%, что подтверждает увеличение прочности и эксплуатационной надежности.

Установка в средней части хребтовой балки между вертикальными листами, по меньшей мере, одной диафрагмы, к нижней кромке которой жестко закреплена нижняя планка, проходящая концевыми участками посредством сквозных отверстий за вертикальные листы, к которым нижняя планка приварена или установка и жесткое закрепление в средней части хребтовой балки между вертикальными листами, по меньшей мере, одной диафрагмы, на расстоянии от нижней кромки которой установлена нижняя планка, проходящая концевыми участками посредством сквозных отверстий за вертикальные листы, к которым нижняя планка приварена, также позволяет повысить прочность хребтовой балки универсального полувагона, потому что жестко соединяет верхнюю полку и вертикальные стенки между собой в средней части хребтовой балки.

Установка нескольких диафрагм между вертикальными листами ещё больше увеличит прочность и эксплуатационную надежность хребтовой балки.

Выполнение высоты крайних участков вертикальных листов в диапазоне от 275 мм до 285 мм, и высоты средних участков вертикальных листов в диапазоне от 415 мм до 425 мм, а также ширины крайних участков нижних листов в диапазоне от 115 мм до 130 мм, ширины средних участков нижних листов в диапазоне от 135 мм до 145 мм, и ширины нижних листов в районе участков плавного перехода вертикальных листов в диапазоне от 205 мм до 195 мм, обеспечивает получение значений напряжений, подтверждаемых расчетом.

В настоящее время на заявляемое изобретение разработана конструкторская документация и ведутся всесторонние испытания опытных образцов.

Изобретение относится к рамам для железнодорожного транспорта. Хребтовая балка универсального полувагона содержит верхний лист, вертикальные листы с нижними листами, державки крышки люка. При этом каждый вертикальный лист с изменяющейся высотой по нижней кромке имеет по крайним участкам наименьшую высоту, а на среднем участке - наибольшую высоту. Средний участок соединен с крайними участками плавными переходными участками. При этом нижние листы имеют увеличенную ширину в районах участков плавного перехода вертикальных листов по сравнению с шириной крайних и шириной средних участков нижних листов. Технический результат заключается в повышении прочности и эксплуатационной надежности конструкции хребтовой балки в сочетании с увеличенным объемом кузова и уменьшенным расстоянием от уровня головки рельса до центра масс. 4 з.п. ф-лы, 2 табл., 8 ил.

1. Хребтовая балка универсального полувагона, содержащая верхний лист, вертикальные листы с нижними листами, державки крышки люка, отличающаяся тем, что каждый вертикальный лист с изменяющейся высотой по нижней кромке имеет по крайним участкам наименьшую высоту, а на среднем участке - наибольшую высоту, причем средний участок соединен с крайними участками плавными переходными участками, при этом нижние листы имеют увеличенную ширину в районах участков плавного перехода вертикальных листов по сравнению с шириной крайних и шириной средних участков нижних листов.

2. Хребтовая балка универсального полувагона по п. 1, отличающаяся тем, что в средней части хребтовой балки между вертикальными листами установлена диафрагма, к нижней кромке которой жестко закреплена нижняя планка, проходящая концевыми участками посредством сквозных отверстий за вертикальные листы, к которым нижняя планка жестко закреплена.

3. Хребтовая балка универсального полувагона по п. 1, отличающаяся тем, что в средней части хребтовой балки между вертикальными листами установлена диафрагма, на расстоянии от нижней кромки которой установлена нижняя планка, проходящая концевыми участками посредством сквозных отверстий за вертикальные листы, к которым нижняя планка жестко закреплена.

4. Хребтовая балка универсального полувагона по п. 1, отличающаяся тем, что высота крайних участков вертикальных листов составляет диапазон от 275 до 285 мм, а высота средних участков вертикальных листов составляет диапазон от 415 до 425 мм.

5. Хребтовая балка универсального полувагона по п. 1, отличающаяся тем, что ширина крайних участков нижних листов составляет диапазон от 115 до 130 мм, а ширина средних участков нижних листов составляет диапазон от 135 до 145 мм, при этом ширина нижних листов в районе участков плавного перехода вертикальных листов составляет диапазон от 205 до 195 мм.