Гнутый профиль Российский патент 2024 года по МПК B21D5/00 B61D17/06 

Заявляемое изобретение относится к железнодорожному транспорту и касается конструкции кузовов полувагонов, в частности, конструкции силовых профилей, используемых в торцевых стенах.

Известна конструкция кузова полувагона модели 12-132, в торцевой стене которого используется силовой пояс, выполненный из горячекатаного профиля вагонной стойки, указанного в ГОСТ 5267.6-90 «Профиль вагонной стойки. Сортамент». Ширина профиля составляет 250 мм, высота профиля составляет 102 мм, стенка профиля составляет 13±1,5 мм, отгибка составляет 70^+2,0_-7,5 мм, при этом отгибка расположена к полке под углом в диапазоне от 96° до 100°.

Данный профиль обладает большими прочностными качествами: W_x=112,32 см³ (11232,0 мм³), W_y=117,54 см³ (11754,0 мм³), при этом массовая характеристика профиля очень высокая, например, пояс торцевой стены длиной 3000 мм весит 86,13 кг, что необоснованно увеличивает массу тары полувагона. Кроме того, профиль выполнен способом горячей прокатки, что увеличивает его стоимость.

Также известен шахтный горячекатаный металлический профиль для крепей подготовительных выработок [Патент РФ на изобретение № 2191902, опубл. 27.10.2002], состоящий из днища, стенок и фланцев. Профиль имеет габаритные параметры для типоразмера 18 кг/м: высоту h=82,0 мм, ширину b1=130,8 мм, общую ширину с фланцами b=294,1 мм, толщину днища, стенок и фланцев соответственно d=6,5 мм, d1=5,0 мм, h1=6,5 мм.

Данный профиль выбран в качестве прототипа для заявляемого изобретения.

Вышеописанный профиль обладает приемлемой массой, например, пояс торцевой стены длиной 3000 мм весит 57,23 кг, что уменьшает массу пояса на 33,5%. Однако, данный профиль, выполнен методом горячей прокатки, что увеличивает его стоимость.

Основным недостатком шахтного профиля является пониженные прочностные характеристики: W_x=66478,55 мм³, W_y=111531,13 мм³, что уменьшает прочность пояса: по оси х на 40,8%, по оси у на 5,11%. Особенно важно для пояса прочностные характеристики по оси у, так как пояс торцевой стены кузова полувагона, большинство нагрузок воспринимает в продольном направлении кузова по оси у.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании конструкции гнутого профиля, который позволят повысить прочность силового пояса торцевой стены кузова полувагона, в сочетании с уменьшением металлоемкости.

Поставленная задача решается за счет того, что ширина профиля выполнена в диапазоне от 307 мм до 311 мм, высота профиля выполнена в диапазоне от 143 мм до 147 мм, стенка профиля выполнена в диапазоне от 187 мм до 200 мм, отгибка выполнена в диапазоне от 38 мм до 42 мм, причем отгибка расположена к полке профиля под углом в диапазоне от 96° до 102°.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что гнутый профиль выполнен из стального листа толщиной от 4,5 мм до 5,5 мм, при этом, ширина профиля выполнена в диапазоне от 307 мм до 311 мм, высота профиля выполнена в диапазоне от 143 мм до 147 мм, стенка профиля выполнена в диапазоне от 187 мм до 200 мм, отгибка выполнена в диапазоне от 38 мм до 42 мм, причем отгибка расположена к полке профиля под углом в диапазоне от 96° до 102°.

Внутренние радиусы гиба гнутого профиля составляют диапазон от 13 мм до 17 мм.

Профиль обладает классом прочности не ниже 345, с гарантией свариваемости.

Профиль выполнен из стали марки 09Г2С.

Профиль выполнен из стали марки 09Г2Д.

Профиль выполнен из стали марки 09Г2СД.

Профиль выполнен из стали марки 10ХСНД.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежом:

фиг. 1 - гнутый профиль.

Гнутый профиль выполнен из стального листа толщиной (S) от 4,5 мм до 5,5 мм. Ширина профиля (В) выполнена в диапазоне от 307 мм до 311 мм. Высота профиля (Н) выполнена в диапазоне от 143 мм до 147 мм. Стенка профиля (А) выполнена в диапазоне от 187 мм до 200 мм. Отгибка (L) выполнена в диапазоне от 38 мм до 42 мм. Отгибка расположена к полке профиля под углом (а) в диапазоне от 96° до 102°.

Внутренние радиусы (R) гиба гнутого профиля составляют диапазон от 13 мм до 17 мм.

Профиль обладает классом прочности не ниже 345, с гарантией свариваемости.

Профиль выполнен из стали марки 09Г2С.

Профиль выполнен из стали марки 09Г2Д.

Профиль выполнен из стали марки 09Г2СД.

Профиль выполнен из стали марки 10ХСНД.

Технический результат от заявляемого изобретения заключается в том, что выполнение ширины профиля в диапазоне от 307 мм до 311 мм, высоты профиля в диапазоне от 143 мм до 147 мм, стенки профиля в диапазоне от 187 мм до 200 мм, а также выполнение отгибки в диапазоне от 38 мм до 42 мм и расположение отгибки к полке профиля под углом в диапазоне от 96° до 102°, позволяет создать конструкцию гнутого профиля, который обеспечивает повышение прочности силового пояса торцевой стены кузова полувагона, в сочетании с уменьшением металлоемкости, что в свою очередь увеличивает полезную грузоподъемность полувагона. При этом прочностные характеристики предложенного гнутого профиля позволяют выдерживать нагрузки, возникающие в процессе эксплуатации.

Данные показатели были получены расчетным методом.

Параметры предлагаемой конструкции гнутого профиля:

- ширина от 307 мм до 311 мм, высота от 143 мм до 147 мм, стенки профиля в диапазоне от 187 мм до 200 мм, толщина от 4,5 мм до 5,5 мм, расположение отгибки размером от 38 мм до 42 мм к полке профиля под углом в диапазоне от 96° до 102°.

Далее проведем расчет на определение момента сопротивления при указанных параметрах.

При минимальных значениях гнутого профиля (ширина 307 мм, высота 143 мм, стенки профиля 187 мм, толщина 4,5 мм, расположение отгибки размером 38 мм к полке профиля под углом 96°):

Площадь сечения составляет 2322 мм²;

Момент инерции I_х по оси X составляет 6516756,86 мм⁴;

Момент инерции I_у по оси Y составляет 21175781,15 мм⁴.

Находим момент сопротивления по оси X:

W_x=I_x / у₀=6516756,86 / 86,4=75425,43 мм³.

Находим момент сопротивления по оси Y:

W_y=I_у / х₀=21175781,15 / 153,5=137952,97 мм³.

При максимальных значениях гнутого профиля (ширина 311 мм, высота 147 мм, стенки профиля 200 мм, толщина 5,5 мм, расположение отгибки размером 42 мм к полке профиля под углом 102°):

Площадь сечения составляет 2968,97 мм²;

Момент инерции I_х по оси X составляет 8898612,78 мм⁴;

Момент инерции I_у по оси Y составляет 28166254,17 мм⁴.

Находим момент сопротивления по оси X:

W_x=I_х / у₀=8898612,78 / 88,7=100322,58 мм³.

Находим момент сопротивления по оси Y:

W_y=I_У / Хо=28166254,17 / 155,5=181133,46 мм³.

Таким образом, момент сопротивления W_x (по оси X) при указанных параметрах предлагаемого технического решения составляет:

- при минимальных размерах - 75425,43 мм³;

- при максимальных размерах - 100322,58 мм³.

Момент сопротивления W_y (по оси Y) составляет:

- при минимальных размерах - 137952,97 мм³;

- при максимальных размерах - 181133,46 мм³.

При этом, учитывая прочностные характеристики аналога (прототипа) (W_x=66478,55 мм³, W_y=111531,13 мм³), получаем увеличение осевого момента сопротивления.

При минимальных значениях момента сопротивления предлагаемого технического решения, увеличение составляет:

- по оси X - 13,4%;

- по оси Y-23,7%.

При максимальном значении момента сопротивления предлагаемого технического решения:

- по оси X - 50,9%;

- по оси Y - 62,4%.

В свою очередь, увеличение момента сопротивления приводит к увеличению запаса прочности конструкции гнутого профиля, что обеспечивает прочную сварную конструкцию торцевой стены полувагона.

Далее определим снижение массы из гнутого профиля, в отличие от прототипа.

Площадь сечения профиля прототипа составляет - 2430 мм².

Находим вес трех погонных метров (3 п.м.) профиля прототипа:

3 п.м.=2430 (мм²) ×3000 (мм) ×7,85 (г/см³) /10⁶=57,23 кг.

Площадь сечения гнутого профиля при минимальных значениях составляет - 2322 мм², при максимальных - 2968,97 мм².

Находим вес трех погонных метров (3 п.м.) профиля при минимальных значениях параметров соответственно:

3 п.м.=2322 (мм²) ×3000 (мм) ×7,85 (г/см3) /10⁶=54,68 кг.

Получаем, что вес 3 п.м. гнутого профиля меньше на 4,5%, по сравнению с прототипом. Соответственно получаем экономию средств и уменьшение трудозатрат при изготовлении пояса торцевой стены из гнутого профиля.

Выполнение внутренних радиусов гиба гнутого профиля в диапазоне от 13 мм до 17 мм позволяет снизить напряжения в местах гиба и тем самым избежать усталостных трещин в наружных слоях металла, что обеспечивает прочность конструкции пояса торцевой стены.

Выполнение гнутого профиля классом прочности не ниже 345, с гарантией свариваемости, а также выполнение профиля из стали марки 09Г2С или 09Г2Д, или 09Г2СД, или 10ХСНД, обеспечивает прочность и хорошую свариваемость, а также устойчивость к образованию усталостных трещин.

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

Заявляемое изобретение относится к железнодорожному транспорту и может быть использовано в конструкции кузовов полувагонов, в частности в конструкции силовых профилей торцевых стен. Гнутый профиль выполнен из стального листа толщиной (S) от 4,5 мм до 5,5 мм. Ширина профиля (В) составляет от 307 мм до 311 мм. Высота профиля (Н) составляет от 143 мм до 147 мм. Стенка профиля (А) выполнена в диапазоне от 187 мм до 200 мм. Отгибка (L) выполнена в диапазоне от 38 мм до 42 мм. Отгибка расположена к полке профиля под углом (α) в диапазоне от 96° до 102°. Профиль с указанными геометрическими характеристиками обеспечивает повышение прочности силового пояса торцевой стены кузова полувагона в сочетании с уменьшением металлоемкости. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Гнутый профиль, выполненный из стального листа толщиной от 4,5 мм до 5,5 мм, отличающийся тем, что ширина профиля выполнена в диапазоне от 307 мм до 311 мм, высота профиля выполнена в диапазоне от 143 мм до 147 мм, стенка профиля выполнена в диапазоне от 187 мм до 200 мм, отгибка выполнена в диапазоне от 38 мм до 42 мм, причем отгибка расположена к полке профиля под углом в диапазоне от 96° до 102°.

2. Гнутый профиль по п. 1, отличающийся тем, что внутренние радиусы гиба гнутого профиля составляют диапазон от 13 мм до 17 мм.

3. Гнутый профиль по п. 1, отличающийся тем, что профиль обладает классом прочности не ниже 345, с гарантией свариваемости.

4. Гнутый профиль по п. 1, отличающийся тем, что профиль выполнен из стали марки 09Г2С.

5. Гнутый профиль по п. 1, отличающийся тем, что профиль выполнен из стали марки 09Г2Д.

6. Гнутый профиль по п. 1, отличающийся тем, что профиль выполнен из стали марки 09Г2СД.

7. Гнутый профиль по п. 1, отличающийся тем, что профиль выполнен из стали марки 10ХСНД.