Пояс торцевой стены Российский патент 2025 года по МПК B61D17/06 

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

Известна конструкция кузова полувагона модели 12-196-01, в торцевой стене которого используется силовой пояс, выполненный из пластины толщиной 6 мм и двух швеллеров 14У или 14П, указанных в ГОСТ 8240-97 («Швеллеры стальные горячекатаные. Сортамент».), ширина каждого швеллера 140 мм, при этом высота профиля 58 мм, толщина стенки швеллера 4,9 мм, толщина полок швеллера 8,1 мм. Вид силового пояса торцевой стены кузова полувагона модели 12-196-01 поясняется на фигуре 3.

Данная конструкция выбрана в качестве прототипа для заявляемого изобретения.

Недостатком вышеописанного пояса из швеллеров в торцевой стене полувагона, является необходимость стыковки двух швеллеров через накладку. Полученный сварной профиль выполняет функцию горизонтального пояса торцевой стены полувагона для придания прочности и жесткости конструкции. Необходимость выполнять сборку-сварку двух швеллеров, соединяющихся через лист, ведет к увеличению трудозатрат на изготовление пояса торцевой стены полувагона, при этом горячекатаный швеллер является дорогостоящим прокатом, который в процессе сварки может деформироваться от сварных напряжений, что затрудняет его установку в каркас торцевой стены.

Кроме того, данная конструкция пояса имеет большую металлоемкость что необоснованно увеличивает массу тары полувагона.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании конструкции силового стержня, который позволяет получить в комплексе с другими конструктивными элементамиравнопрочную конструкцию пояса торцевой стены полувагона, в сочетании с уменьшением металлоемкости.

Поставленная задача решается за счет того, что ширина профиля выполнена в диапазоне от 307 до 311 мм, высота профиля выполнена в диапазоне от 143 до 147 мм, стенка профиля выполнена в диапазоне от 187 до 200 мм, отгибка выполнена в диапазоне от 38 до 42 мм, при этом отгибка расположена к полке профиля под углом в диапазоне от 96 до 102°, также к стенке гнутого профиля жестко закреплена пластина толщиной от 5,5 до 8,5 мм и шириной от 78 до 122 мм.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что пояс торцевой стены содержит гнутый профиль, образованный стенкой, двумя полками и расположенными под углом к полкам отгибками, выполненный из стального листа толщиной от 4,5 до 5,5 мм, при этом, ширина профиля выполнена в диапазоне от 307 до 311 мм, высота профиля выполнена в диапазоне от 143 до 147 мм, стенка профиля выполнена в диапазоне от 187 мм до 200 мм, отгибка выполнена в диапазоне от 38 до 42 мм, при этом отгибка расположена к полке профиля под углом в диапазоне от 96 до 102°, также к стенке гнутого профиля жестко закреплена пластина толщиной от 5,5 до 8,5 мм и шириной от 78 до 122 мм.

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

Гнутый профиль и пластина обладают классом прочности не ниже 345, с гарантией свариваемости.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами:

Фиг. 1 - Пояс торцевой стены;

Фиг. 2 - Эквивалентные напряжения по Мизесу, МПа;

Фиг. 3 - Пояс торцевой стены прототипа из швеллеров с усилением из листа.

Пояс торцевой стены содержит гнутый профиль (1), образованный стенкой, двумя полками и расположенными под углом к полкам отгибками, выполненный из стального листа толщиной (S) от 4,5 до 5,5 мм. Ширина профиля (В) выполнена в диапазоне от 307 до 311 мм. Высота профиля (Н) выполнена в диапазоне от 143 до 147 мм. Стенка профиля (А) выполнена в диапазоне от 187 до 200 мм. Отгибка (L) выполнена в диапазоне от 38 до 42 мм. Отгибка расположена к полке профиля под углом (а) в диапазоне от 96 до 102°. К стенке гнутого профиля (1) жестко закреплена пластина (2) толщиной (а) от 5,5 до 8,5 мм и шириной (b) от 78 до 122 мм.

Внутренние радиусы (R) гиба гнутого профиля (1) составляют диапазон от 13 до 17 мм.

Гнутый профиль (1) и пластина (2) обладают классом прочности не ниже 345, с гарантией свариваемости.

Технический результат от заявляемого изобретения заключается в том, что выполнение ширины профиля в диапазоне от 307 до 311 мм, высоты профиля в диапазоне от 143 до 147 мм, стенки профиля в диапазоне от 187 до 200 мм, а также выполнение отгибки в диапазоне от 38 до 42 мм и расположение отгибки к полке профиля под углом в диапазоне от 96 до 102°, при этом жесткое закрепление к стенке гнутого профиля пластины толщиной от 5,5 до 8,5 мм и шириной от 78 до 122 мм позволяет создать пояс торцевой стены с уменьшенными показателями металлоемкости конструкции, что в свою очередь увеличивает полезную грузоподъемность полувагона. При этом прочностные характеристики предложенного гнутого профиля позволяют выдерживать нагрузки, возникающие в процессе эксплуатации. Также выполнение отгибки под углом от 96 до 102° от полки обеспечивает установку гнутого профиля на плоском участке наружной поверхности торцевой стены.

Данные показатели были получены расчетным методом.

Параметры предлагаемой конструкции гнутого профиля:

- ширина (В) от 307 до 311 мм, высота (Н) от 143 до 147 мм, толщина (S) от 4,5 до 5,5 мм. Угол (α) уклона каждой отгибки от полки профиля от 96 до 102°.

Проведем расчет на определение момента сопротивления профиля с отгибкой при номинальных параметрах в виде коробчатого сечения с листом обшивы торцевой стены толщиной 4,5 мм на всю ширину профиля и усилением накладкой из листа шириной 80 мм, толщиной 7 мм.

Для расчета принимаем номинальные значения гнутого профиля (309×145×5 мм, размер стены - 193,5 мм, размер отгибки - 40 мм, угол отгибки - 99°, при радиусе гиба 15 мм):

Площадь коробчатого сечения составляет 4605,8 мм²;

Момент инерции I_x по оси X составляет 36406301,4 мм⁴;

Момент инерции I_y по оси Y составляет 19265866,9 мм⁴.

Находим момент сопротивления по оси X:

W_x=I_x / у₀=36406301,4 / 154,66=235395,7 мм³=235,4 см³.

Находим момент сопротивления по оси Y:

W_y=I_y / х₀=19265866,9 / 83,88=229683,7 мм³=229,7 см³.

Далее проведем расчет на определение момента сопротивления прототипа - пояса торцевой стены из швеллеров, при номинальных параметрах, в виде коробчатого сечения с листом обшивы толщиной 4,5 мм на всю ширину пояса и усилением планкой шириной 120 мм, толщиной 6 мм.

Ширина швеллера 140 мм, высота 58 мм, толщина стенки швеллера 4,9 мм, толщина полок швеллера 8,1 мм.

Площадь коробчатого сечения составляет 4505,5 мм²;

Момент инерции I_x по оси X составляет 13565902,5 мм⁴;

Момент инерции I_y по оси Y составляет 17117128,6 мм⁴.

Находим момент сопротивления по оси X:

W_x=I_x / у₀=13565902,5 / 75=180878,7 мм³=180,9 см³.

Находим момент сопротивления по оси Y:

W_y=I_y / х₀=17117128,6 / 75,34=227198,4 мм³=227,2 см³.

Таким образом, учитывая прочностные характеристики прототипа, получаем увеличение осевого момента сопротивления сечения предлагаемого гнутого профиля.

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

- по оси X - 23,1%;

- по оси Y-1,1%.

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

Учитывая, что обшива торцевой стены одинаковая при разных поясах определим снижение массы пояса из гнутого профиля, в отличии от прототипа.

Площадь сечения пояса прототипа составляет - 38,3 см².

Находим вес одного погонного метра (1 п. м.) пояса прототипа

1 п. м.=38,3 (см²) × 100 (см) × 0,00785 (кг/см³)=30,1 кг.

Площадь сечения пояса из гнутого профиля составляет - 32,14 см².

Находим вес одного погонного метра (1 п. м.) пояса из гнутого профиля

1 п. м.=32,14 (см²) × 100 (см) × 0,00785 (кг/см³)=25,2 кг.

Вес 1 п. м. пояса из гнутого профиля меньше на 16%, при сравнении с поясом прототипа из швеллеров.

Выполнение внутренних радиусов гиба гнутого профиля в диапазоне от 13 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, 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.

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и касается конструкции кузовов полувагонов, в частности конструкции силовых стержней, используемых в торцевых стенах. Пояс торцевой стены содержит гнутый профиль (1), образованный стенкой, двумя полками и расположенными под углом к полкам отгибками, выполненный из стального листа толщиной (S) от 4,5 до 5,5 мм. Ширина профиля (В) выполнена в диапазоне от 307 до 311 мм. Высота профиля (Н) выполнена в диапазоне от 143 до 147 мм. Стенка профиля (А) выполнена в диапазоне от 187 до 200 мм. Отгибка (L) выполнена в диапазоне от 38 до 42 мм. Отгибка расположена к полке профиля под углом (а) в диапазоне от 96 до 102°. К стенке гнутого профиля (1) жестко закреплена пластина (2) толщиной (а) от 5,5 до 8,5 мм и шириной (b) от 78 до 122 мм. Изобретение обеспечивает равнопрочную конструкцию пояса торцевой стены полувагона в сочетании с уменьшением металлоемкости. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Пояс торцевой стены, содержащий гнутый профиль, образованный стенкой, двумя полками и расположенными под углом к полкам отгибками, выполненный из стального листа толщиной от 4,5 до 5,5 мм, отличающийся тем, что ширина профиля выполнена в диапазоне от 307 до 311 мм, высота профиля выполнена в диапазоне от 143 до 147 мм, стенка профиля выполнена в диапазоне от 187 до 200 мм, отгибка выполнена в диапазоне от 38 до 42 мм, при этом отгибка расположена к полке профиля под углом в диапазоне от 96 до 102°, также к стенке гнутого профиля жестко закреплена пластина толщиной от 5,5 до 8,5 мм и шириной от 78 до 122 мм.

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

3. Пояс торцевой стены по п. 1, отличающийся тем, что гнутый профиль и пластина обладают классом прочности не ниже 345 с гарантией свариваемости.