Надрессорная балка тележки вагона

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.

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.