Патент на изобретение №2388632

(54) НАДРЕССОРНАЯ БАЛКА ТЕЛЕЖКИ ВАГОНА

(57) Реферат:

Изобретение относится к конструкции надрессорных балок тележек железнодорожного транспорта. Надрессорная балка тележки вагона содержит жестко соединенные между собой верхний пояс, две продольные боковые стенки и нижний лист, а также два внутренних ребра жесткости, расположенных поперек продольной оси балки. Упомянутая балка дополнительно снабжена на всю длину вертикальным листом. Вертикальный лист расположен внутри между боковыми стенками и имеет посередине прямоугольный вырез. Нижняя кромка вертикального листа соединена с нижним листом, повторяя его конфигурацию, а верхняя кромка установлена по отношению к верхнему поясу с зазором. Прямоугольный вырез, выполненный в вертикальном листе, охватывает два внутренних ребра жесткости, образуя неразъемное соединение. Верхний пояс состоит из трех частей: двух листов и расположенной между ними подпятниковой плиты с подпятником, которые соединены между собой встык при помощи сварки. Кроме того, нижний лист выполнен изогнутой формы с радиусами сопряжения: по средней части балки – R₁, равным от 780 до 820 мм, а по концевым – R₂, равным от 180 до 220 мм. Достигается повышение надежности, прочностных и усталостных характеристик надрессорной балки тележки вагона. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Предлагаемое изобретение относится к железнодорожному транспорту и касается конструкций надрессорных балок тележек, преимущественно грузовых вагонов.

Известна надрессорная балка сварной конструкции, которая устанавливалась в грузовой поясной тележке. Надрессорная балка поясной тележки содержит верхний пояс, на котором устанавливаются подпятник и два скользуна, а также две вертикальные стенки и нижний лист изогнутой формы, которые соединяются между собой при помощи сварки, образуя несущую конструкцию коробчатого сечения (И.Ф.Скиба. Вагоны. – М.: Трансжелдориздат, 1961 г., с.94). Многолетняя эксплуатация поясных тележек показала недостаточную прочность упомянутых сварных надрессорных балок.

В настоящее время большинство серийно изготавливаемых тележек (моделей 18-100, 18-578 и др.) для грузовых вагонов оборудуются надрессорными балками литой конструкции.

Однако острый дефицит литья в отечественном вагоностроении, а также проблемы экологического характера, связанные с загрязнением окружающей среды от металлургического производства, привели к появлению альтернативных решений, заключающихся в разработке и внедрении штампосварных несущих конструкций в грузовых тележках (Б.Л.Недорчук и др. Перспективные направления развития и промышленного внедрения грузовых тележек нового поколения для повышенных скоростей движения на железнодорожном транспорте., ж. Тяжелое машиностроение, 2004 г., 7, вкладка).

Следует также отметить, что современные расчетные методы (метод конечных элементов) достаточно точно позволяют определить напряженно-деформированное состояние сварной конструкции и создать балку, имеющую усталостную прочность не ниже литого аналога.

Наиболее близкой к заявляемой по совокупности существенных признаков является надрессорная балка, применяемая в тележке КВЗ-ЦНИИ (И.Ф.Пастухов и др. Вагоны. – М.: Транспорт, 1988 г., с.89).

Надрессорная балка содержит верхний пояс, две боковые стенки и нижний лист, которые соединяются между собой при помощи сварки, образуя несущее коробчатое сечение. Верхний пояс состоит из трех частей, посередине него при помощи заклепок размещен подпятник, а также два скользуна по концевым частям. Концевые части верхнего пояса и нижнего листа выполнены с уширением для установки пружинных комплектов подвешивания. Подпятник подкреплен двумя внутренними ребрами жесткости, которые размещены внутри балки поперек ее продольной оси и соединены между собой косынкой, причем последние приварены к вертикально расположенной втулке, установленной соосно с отверстием в подпятнике для сопряжения с замковым шкворнем. Внутренние ребра жесткости, косынка и втулка образуют узел усиления средней части балки.

Недостатком данного технического решения применительно к надрессорной балке тележки грузового вагона является ограниченная несущая способность балки, принятой за прототип.

При создании изобретения решалась задача увеличения несущих способностей и повышения надежности в эксплуатации надрессорной балки тележки вагона, а также упрощения способа изготовления данной балки путем сварки.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, – повышение прочностных и усталостных характеристик надрессорной балки тележки вагона путем введения в ее конструкцию дополнительного элемента жесткости, а также его расположения и соединения с другими элементами балки.

Указанный технический результат достигается тем, что в надрессорной балке тележки вагона, содержащей жестко соединенные между собой верхний пояс, две продольные боковые стенки и нижний лист, а также два внутренних ребра жесткости, расположенных поперек продольной оси балки между продольными боковыми стенками и верхним поясом и соединенных между собой косынкой с вертикально расположенной втулкой, образующих узел усиления средней части балки, последняя дополнительно снабжена на всю длину вертикальным листом. Упомянутый лист расположен внутри между боковыми стенками и имеет посередине прямоугольный вырез. Нижняя кромка вертикального листа соединена с нижним листом, повторяя его конфигурацию, а верхняя кромка установлена по отношению к верхнему поясу с зазором. Прямоугольный вырез, выполненный в вертикальном листе, охватывает два внутренних ребра жесткости, образуя неразъемное соединение. Верхний пояс состоит из трех частей: двух листов и расположенной между ними подпятниковой плиты с подпятником, которые соединены между собой встык при помощи сварки. Кроме того, нижний лист выполнен изогнутой формы с радиусами сопряжения: по средней части балки – R₁, равным от 780 до 820 мм, а по концевым – R₂, равным от 180 до 220 мм.

Повышение прочностных и усталостных характеристик надрессорной балки достигается за счет уменьшения изгибных напряжений в ней путем установки между продольными боковыми стенками по всей длине вертикального листа, неподвижно соединяемого с нижним листом, и подкрепления им элементов узла усиления средней части балки, состоящего из двух внутренних ребер жесткости, косынки и втулки, их объединяющих.

Выполненные методом конечного элемента прочностные расчеты балки показали, что заявляемое изобретение имеет значительно меньшую деформацию нижнего листа, и, как следствие, депланацию всего несущего сечения по сравнению с балкой без вертикального листа.

Уменьшение изгибных напряжений в средней части балки у заявляемого изобретения достигается за счет соединения элементов узла усиления с вертикальным листом посредством выреза, расположенного посередине упомянутого листа и охватывающего внутренние ребра жесткости, образуя неразъемное соединение. Такое соединение перераспределяет изгибные напряжения, возникающие в средней части балки, между верхним поясом, продольными боковыми стенками, нижним листом и дополнительно установленным вертикальным листом в сторону их уменьшения по каждому вышеупомянутому элементу.

Кроме того, подпятник, выполненный за одно с подпятниковой плитой в предлагаемом изобретении, включен в расчетную силовую схему балки путем соединения подпятниковой плиты с двумя листами сваркой встык и увеличивает момент сопротивления изгибу по средней части балки.

Уменьшение влияния геометрических концентраторов на напряженно-деформированное состояние надрессорной балки достигается применением плавных переходных сопряжений в нижнем листе. По средней части балки радиус сопряжения R₁ принят в пределах от 780 до 820 мм, а по концевым частям R₂ принят от 180 до 220 мм.

Предлагаемая надрессорная балка тележки вагона иллюстрируется чертежами, где:

на фиг.1 изображен общий вид надрессорной балки с местным вырезом;

на фиг.2 – вид сверху на фиг.1 с местным вырезом;

на фиг.3 – вид на вертикальный лист с прямоугольным вырезом;

на фиг.4 – общий вид на подпятниковую плиту с элементами усиления.

В предпочтительном варианте изготовления надрессорная балка может быть выполнена штампосварной и содержать следующие элементы.

Надрессорная балка содержит соединенные между собой при помощи сварки две продольные боковые стенки 1, верхний пояс 2 и нижний лист 3, концевые части пояса и нижнего листа могут быть выполнены с уширением 4, скользуны 5, а также два внутренних ребра жесткости 6, расположенные поперек продольной оси балки между боковыми стенками 1 и верхним поясом 2. Два внутренних ребра жесткости 6 соединены между собой косынкой 7 и вертикально установленной втулкой 8, которые образуют узел усиления 9 средней части балки. Балка внутри между боковыми стенками 1 на всю длину дополнительно снабжена вертикальным листом 10 с прямоугольным вырезом 11 посередине. При этом нижняя кромка вертикального листа 10 соединена сварным швом с нижним листом 3 и повторяет его конфигурацию. Верхняя кромка вертикального листа 10 установлена по отношению к верхнему поясу 2 с зазором, а прямоугольный вырез 11 охватывает два внутренних ребра жесткости 6, образуя неразъемное соединение, выполняемое сваркой.

Верхний пояс 2 состоит по крайней мере из трех частей: двух листов 12 и расположенной между ними подпятниковой плиты 13 с подпятником 14, которые соединены между собой сваркой встык. Исполнение верхнего пояса 2 из трех частей необходимо для обеспечения провариваемости при сборке балки внутренних ребер жесткости 6 с боковыми стенками 1 и вертикальным листом 10.

Нижний лист 3 выполнен изогнутой формы с радиусами сопряжения: по средней части балки – R₁, равным от 780 до 820 мм, а по концевым – R₂, равным от 180 до 220 мм.

Для обеспечения местной прочности в зоне концевых частей верхнего пояса 2 и нижнего листа 3, выполненных с уширением 4 для установки пружин подвешивания, устанавливаются ребра 15.

Предлагаемая надрессорная балка тележки грузового вагона работает следующим образом. Нагрузка от кузова грузового вагона воспринимается подпятником 14, выполненным за одно с подпятниковой плитой 13, и далее путем включения в работу верхнего пояса 2, боковых стенок 1 и элементов узла усиления 9 средней части балки передается на нижний и вертикальный листы 3 и 10 с равномерным ее распределением на концевые части балки, выполненные с уширением 4. В зоне уширения 4, где устанавливаются пружинные комплекты подвешивания, нагрузка передается на боковые рамы тележки. В челюстных проемах боковых рам устанавливаются буксы колесных пар, которые далее передают нагрузку от кузова вагона на рельсовый путь.

Применение предложенного изобретения по сравнению с прототипом позволит увеличить несущие способности и повысить надежность в эксплуатации надрессорной балки путем повышения ее прочностных и усталостных характеристик.

Формула изобретения

1. Надрессорная балка тележки вагона, содержащая жестко соединенные между собой верхний пояс, две продольные боковые стенки и нижний лист, а также два внутренних ребра жесткости, расположенные поперек продольной оси балки между боковыми стенками и верхним поясом и соединенные между собой косынкой с вертикально установленной втулкой, образующих узел усиления средней части балки, отличающаяся тем, что балка внутри между боковыми стенками на всю длину дополнительно снабжена вертикальным листом с прямоугольным вырезом посередине, причем нижняя кромка вертикального листа соединена с нижним листом и повторяет его конфигурацию, верхняя кромка установлена по отношению к верхнему поясу с зазором, а прямоугольный вырез охватывает два внутренних ребра жесткости, образуя неразъемное соединение.

2. Надрессорная балка по п.1, отличающаяся тем, что верхний пояс состоит, по крайней мере, из трех частей: двух листов и расположенной между ними подпятниковой плиты с подпятником, соединенных между собой сваркой встык.

3. Надрессорная балка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что нижний лист выполнен изогнутой формы с радиусами сопряжения: по средней части балки – R₁, равным от 780 до 820 мм, а по концевым – R₂, равным от 180 до 220 мм.

РИСУНКИ