Балка надрессорная железнодорожной тележки
Владельцы патента RU 2565642:
Общество с ограниченной ответственностью "Уральское конструкторское бюро вагоностроения" (RU)
Изобретение относится к железнодорожному транспорту. Балка представляет собой стальную отливку коробчатого сечения, состоящую из верхнего пояса, нижнего пояса и ребер жесткости, соединяющих верхний и нижний пояса. Наружные стенки дополнительных ребер плавно развиваются со стороны торцов балки надрессорной во внутренней ее полости от опорной площадки рессорного комплекта в верхний пояс концевой части балки, а со стороны подпятника плавно сопрягаются с верхним поясом балки в зоне опорной площадки под скользуны, а в нижней части, ограниченной зоной опорной площадки под скользуны, с продольными ребрами жесткости, расположенными на нижнем поясе по всей длине центральной части надрессорной балки, при этом, расстояние между наружными стенками дополнительных ребер не превышает ширины опорной площадки рессорного комплекта во внутренней полости балки надрессорной в зоне между карманами для фрикционных клиньев. Причем в радиусном переходе от горизонтальной концевой части верхнего пояса надрессорной балки к опорной площадке под скользуны симметрично центральной продольной оси балки выполнены технологические окна, каждое из которых расположено снаружи от дополнительных ребер жесткости. Достигается возможность установки различных типов съемных скользунов. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к железнодорожному транспорту и касается, в частности, конструкции балки надрессорной железнодорожной тележки.
Известна конструкция балки надрессорной тележки модели 18-100 железнодорожного грузового вагона [Авторское свидетельство СССР №1463593, B61F 5/52], выполненная в виде пустотелой стальной отливки по форме бруса, равного сопротивлению изгиба эпюрой изгибающих моментов и имеющая коробчатое замкнутое сечение по всей своей длине. Балка надрессорная содержит верхний с технологическими отверстиями пояс, включающий в себя плиту подпятника с буртом и системой продольных и поперечных подкрепляющих ребер, боковые вертикальные стенки с технологическими отверстиями, расположенными на удаленном расстоянии от центральной поперечной оси надрессорной балки, а также нижний пояс с внутренними продольными ребрами, расположенными симметрично центральной продольной оси балки. Нижний пояс и верхние пояса надрессорной балки уменьшают ее сечение по высоте, плавно переходя в параллельные между собой горизонтальные поверхности в концевой части надрессорной балки, которая также имеет коробчатое сечение. В концевой части надрессорной балки расположено с технологическим отверстием центральное ребро жесткости, соединяющее верхний и нижний пояса. Со стороны подпятника вертикальное ребро в концевой внутренней полости надрессорной балки выполнено с плавным переходом в зоне расположения скользуна в наклонные поверхности верхнего и нижнего поясов.
Недостатком данной конструкции надрессорной балки является отсутствие элементов, необходимых для установки различных типов съемных скользунов. Использование несъемных жестких скользунов, помимо их повышенного износа, не позволяет гасить низкоамплитудные колебания кузова относительно тележки. Вместе с этим, технологические отверстия на боковых стенках надрессорной балки расположены в труднодоступной зоне для крепления съемных скользунов гайкой снизу, что затруднит процесс крепления и контроля качества крепления съемных скользунов, потребует наличия специализированного инструмента и затруднит осмотр состояния и обслуживание крепежных элементов скользуна в эксплуатации.
Также известна конструкция надрессорной балки железнодорожной тележки [Патент РФ на полезную модель №42992 от 27.12.2004], выполненной в виде бруса коробчатого сечения, равного сопротивления изгибу. Балка содержит верхний пояс с теологическими отверстиями, включающий в себя подпятник с плоской опорной плитой и упорным кольцевым буртом, нижний пояс с внутренними продольными ребрами, вертикальные боковые стенки и расположенную между верхним и нижним поясом опорную колонку. Верхний пояс надрессорной балки выполнен горизонтальным и вровень с опорной поверхностью подпятника. На боковых вертикальных стенках надрессорной балки с обеих сторон, под опорными площадками скользунов выполнены овальные отверстия, продольные оси которых расположены на горизонтальной плоскости, проходящую через горизонтальную ось балки. Во внутренней полости концевых частей балки выполнены вертикальные ребра, соединяющие верхний и нижний пояса, проходящие через продольную ось балки и продолжающиеся на длину от вертикальной оси горизонтальной опорной поверхности, превышающую не более чем в 1,2 раза расстояние от указанной оси до перехода горизонтальной опорной поверхности в наклонный пояс. Вертикальное ребро со стороны подпятника выполнено с плавным переходом в верхней части к технологическому отверстию, а в нижней части к наклонному поясу.
Недостатком данной конструкции надрессорной балки является наличие дополнительных отверстий в вертикальных боковых стенках в районе установки скользунов, ослабляющих прочность балки. При ненадлежащем качестве отливки балки надрессорной в процессе эксплуатации в районе указанных отверстий могут концентрироваться усталостные трещины и в дальнейшем произойти разрушение балки по литейным дефектам.
Из уровня техники наряду с изложенным, известна конструкция надрессорной балки [Патент РФ на полезную модель №116109 от 26.07.2011], содержащей верхний пояс с внутренним вертикальным ребром, подпятником с плоской опорной плитой и упорным кольцевым буртом, нижний пояс, вертикальные боковые стенки и расположенную между верхним и нижним поясами опорную колонку подпятника. Верхний пояс данной надрессорной балки выполнен с небольшим уклоном от центральной поперечной оси надрессорной балки, уменьшаясь к ее концевой части. На верхнем поясе имеются технологические отверстия и отлит несъемный жесткий скользун. Горизонтальная концевая часть верхнего пояса надрессорной балки выполнена с радиусным переходом от наклонной части верхнего пояса. В области отверстия верхнего пояса оканчиваются дополнительные вертикальные ребра жесткости, начинающиеся от выемок фрикционных клиньев и проходящие вдоль или ребра жесткости, или боковой стенки надрессорной балки.
Недостатком данной конструкции надрессорной балки является ее конструктивное исполнение с отлитыми жесткими скользунами, применение которых в тележках и соответственно в грузовых вагонах по своим динамическим показателям уступает съемным скользунам постоянного контакта. Использование съемных скользунов в данной конструкции балки надрессорной потребует существенной доработки балки, а именно обрезки отлитых жестких скользунов, приварки опорных пластин и сверловки отверстий для установки съемных скользунов. Кроме того, в данной конструкции целесообразно крепление скользунов только с помощью болтов, вкручиваемых в резьбовые отверстия, выполненные в опорных площадках под скользуны, поскольку в конструкции данной балки надрессорной отсутствуют какие-либо дополнительные окна, предназначенные для монтажа съемных скользунов и контроля соединения в эксплуатации. В случае применения в качестве крепежных элементов болта с гайкой нетехнологично и трудоемко производить монтаж съемных скользунов, а само резьбовое соединение неконтролепригодно в дальнейшей эксплуатации.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании конструкции балки надрессорной железнодорожной тележки, позволяющей устанавливать различные типы съемных скользунов и крепить их с помощью различных видов резьбовых соединений, в том числе по ГОСТ 9246-2013 «Тележки двухосные трехэлементные грузовых вагонов железных дорог колеи 1520 мм» обязательной гайкой, осуществлять визуальный контроль крепления при изготовлении грузовых тележек, а также контроль за состоянием резьбового соединения в эксплуатации и обладающей достаточной жесткостью при одновременном повышенном запасе прочности в наиболее нагруженных зонах балки надрессорной и, в частности, в зонах опорных площадок под скользуны, местах сопряжения наклонных элементов верхнего и нижнего поясов надрессорной балки с ее концевыми частями и вертикальных стенках в указанных зонах.
Поставленная задача решается следующим образом. Дополнительные ребра жесткости на каждом из торцев надрессорной балки, соединяющие верхний и нижний пояса надрессорной балки в зоне радиусного перехода от горизонтальная концевой части верхнего пояса балки к опорной площадке под скользуны, симметрично расположены относительно центрального продольного ребра, при этом расстояние между наружными стенками дополнительных ребер не превышает ширины опорной площадки рессорного комплекта во внутренней полости балки надрессорной в зоне между карманами для фрикционных клиньев. Со стороны торцев надрессорной балки дополнительные ребра жесткости плавно развиваются во внутренней ее полости от опорной площадки рессорного комплекта в верхний пояс концевой части балки, а со стороны подпятника плавно сопрягаются с верхним поясом балки в зоне опорной площадки под скользуны, а в нижней части, ограниченной зоной опорной площадки под скользуны, с продольными ребрами жесткости, расположенными на нижнем поясе по всей длине центральной части надрессорной балки.
В радиусном переходе от горизонтальной концевой части верхнего пояса надрессорной балки к опорной площадке под скользуны выполнены технологические окна, расположенные симметрично центральной продольной оси балки, суммарная ширина которых составляет не более 44% ширины надрессорной балки в зоне опорной площадки под скользуны, при этом каждое окно расположено снаружи от дополнительных ребер жесткости.
Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что балка надрессорная железнодорожной тележки выполнена в виде стальной отливки коробчатого сечения, содержащей верхний с технологическими отверстиями пояс, включающий в себя кольцевую плиту подпятника с буртом и системой продольных и поперечных подкрепляющих ребер, боковые вертикальные стенки с технологическими отверстиями, расположенными на удаленном расстоянии от центральной поперечной оси надрессорной балки, а также нижний пояс с внутренними продольными ребрами расположенными симметрично центральной продольной оси балки. Со стороны подпятника в концевой внутренней полости надрессорной балки выполнено вертикальное ребро с плавным переходом в верхний пояс в районе технологических отверстий и в наклонный элемент нижнего пояса. На верхнем поясе размещены горизонтальные посадочные поверхности в виде плоских площадок трапецеидальной формы в плане под съемные скользуны. Боковые стенки опорной площадки являются продолжением боковых стенок, соединяющих верхний и нижний пояс балки надрессорной. Горизонтальная концевая часть верхнего пояса балки надрессорной выполнена ниже уровня опорной площадки под скользуны и сопряжена с ней с помощью радиусного перехода. Балка надрессорная выполнена с дополнительными ребрами жесткости, соединяющими верхний и нижний пояса надрессорной балки в зоне радиусного перехода от горизонтальной концевой части верхнего пояса надрессорной балки к опорной площадке под скользуны и симметрично расположенными относительно центрального продольного ребра. Со стороны торцов надрессорной балки дополнительные ребра жесткости плавно развиваются во внутренней ее полости от опорной площадки рессорного комплекта в верхний пояс концевой части балки, а со стороны подпятника плавно сопрягаются с верхним поясом балки в зоне опорной площадки под скользуны, а в нижней части, ограниченной зоной опорной площадки под скользуны, с продольными ребрами жесткости, расположенными на нижнем поясе по всей длине центральной части надрессорной балки. Расстояние между наружными стенками дополнительных ребер жесткости не превышает ширины опорной площадки рессорного комплекта во внутренней полости балки надрессорной в зоне между карманами для фрикционных клиньев. В радиусном переходе от горизонтальной концевой части верхнего пояса надрессорной балки к опорной площадке под скользуны выполнены технологические окна, расположенные симметрично центральной продольной оси балки, суммарная ширина которых составляет не более 44% ширины надрессорной балки в зоне опорной площадки под скользуны. Каждое окно расположено снаружи от дополнительных ребер жесткости. Высота каждого из технологических окон, расположенных в радиусном переходе от горизонтальной концевой части верхнего пояса надрессорной балки к опорной площадке под скользуны, ограничена наружной поверхностью горизонтальной концевой части верхнего пояса и внутренней поверхностью верхнего пояса в зоне опорной площадки под скользуны.
Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, на которых изображены:
фиг.1 - общий вид балки надрессорной железнодорожной тележки с разрезом по продольной плоскости;
фиг.2 - вид сверху балки надрессорной железнодорожной тележки с продольным разрезом;
фиг.3 - вид сбоку балки надрессорной железнодорожной тележки с разрезом по продольной плоскости в концевой части балки;
фиг.4 - аксонометрическая проекция балки надрессорной с разрезом.
Балка надрессорная железнодорожной тележки состоит из верхнего 1 пояса с технологическими отверстиями 2. Верхний пояс 1 включает в себя кольцевую плиту подпятника 3 с буртом 4 и системой продольных 5 и поперечных 6 подкрепляющих ребер. Боковые вертикальные стенки 7 надрессорной балки выполнены с технологическими отверстиями 8, расположенными на расстоянии «1» от центральной поперечной оси 9 надрессорной балки. Нижний пояс 10 надрессорной балки усилен внутренними продольными ребрами 11, расположенными симметрично центральной продольной оси 12 балки. Со стороны подпятника 3 в концевой внутренней полости 13 надрессорной балки выполнено центральное вертикальное ребро 14, переходящее плавно в технологические отверстия 2, выполненные в наклонном элементе 15 верхнего пояса 1, и в наклонный элемент 16 нижнего пояса 10. На верхнем поясе 1 выполнены горизонтальные посадочные поверхности в виде плоской опорной площадки 17 под съемные скользуны. Горизонтальная концевая часть 18 верхнего пояса 1 надрессорной балки выполнена ниже уровня опорной площадки под скользуны 17 на величину «H» и сопряжена с ней с помощью радиусного перехода 19. В радиусном переходе 19 от горизонтальной концевой части 18 верхнего пояса 1 надрессорной балки к опорной площадке под скользуны 17 выполнены технологические окна 20, расположенные симметрично центральной продольной оси 12 балки, суммарная ширина которых составляет не более 44% минимальной ширины «b». Каждое окно 20 начинается и расположено снаружи от симметрично расположенных дополнительных ребер жесткости 21, соединяющих верхний 1 и нижний 10 пояса надрессорной балки в зоне «L» радиусного перехода 19 от горизонтальной концевой части 18 верхнего пояса 1 надрессорной балки к опорной площадке под скользуны 17. Расстояние «A» между наружными стенками дополнительных ребер жесткости 21 не превышает ширины «C» опорной площадки рессорного комплекта 22 во внутренней полости балки надрессорной в зоне «D» между карманами 23 для фрикционных клиньев. Со стороны торцев 24 надрессорной балки дополнительные ребра жесткости 21 плавно развиваются во внутренней ее полости 13 от опорной площадки рессорного комплекта 22 в верхний пояс 1 концевой части балки, а со стороны подпятника 3 указанные ребра 21 плавно сопрягаются с верхним поясом 1 балки в зоне «B» опорной площадки под скользуны 17, а в нижней части, ограниченной указанной зоной «B», с продольными ребрами жесткости 11, расположенными на нижнем 10 поясе по всей длине центральной части надрессорной балки. Высота каждого из технологических окон 20, расположенных в радиусном переходе 19, ограничена наружной поверхностью 25 горизонтальной концевой части 18 верхнего пояса 1 надрессорной балки и внутренней поверхностью 26 верхнего пояса 1 в зоне «B» опорной площадки под скользуны 17, в которых выполнены отверстия 27 для крепежных элементов скользунов железнодорожной тележки.
Технический результат от использования заявляемого изобретения заключается в том, что создана конструкция балки надрессорной железнодорожной тележки, позволяющая устанавливать различные типы съемных скользунов и крепить их как с помощью болтов, так и с помощью болтов с гайками. Для случая последнего варианта крепления скользунов в конструкции балки надрессорной предусмотрены технологические окна, наличие которых позволяет осуществлять контроль за состоянием резьбового соединения как при сборке, так и в эксплуатации, при необходимости осуществлять подтяжку ослабленного резьбового соединения. Кроме того, с помощью введенных окон появляется дополнительная возможность для осмотра поверхностей во внутренней полости надрессорной балки как при приемосдаточном контроле, так и в эксплуатации, что позволит своевременно обнаруживать возможные как литейные дефекты, так и усталостные трещины.
Выполнение симметрично расположенных дополнительных ребер жесткости, соединяющих верхний и нижний пояса надрессорной балки в зоне радиусного перехода от горизонтальной концевой части верхнего пояса надрессорной балки к опорной площадке под скользуны и плавно развивающихся со стороны торцов балки надрессорной во внутренней ее полости от опорной площадки рессорного комплекта в верхний пояс концевой части балки, а со стороны подпятника плавно сопрягающихся с верхним поясом балки в зоне опорной площадки под скользуны, позволяет уменьшить уровень концентрации напряжений и повысить запас усталостной прочности надрессорной балки в зоне установки скользунов.
При этом выполнение дополнительных ребер жесткости на расстоянии друг от друга, не превышающем ширину опорной площадки рессорного комплекта во внутренней полости балки надрессорной в зоне между карманами для фрикционных клиньев, позволило развить дополнительные ребра жесткости по нижнему поясу балки надрессорной в зоне опорной поверхности рессорного комплекта и перераспределить напряжения в концевой части балки.
Выполнение ребер жесткости радиусного перехода с сопряжением с симметрично расположенными на нижнем поясе по всей длине центральной части надрессорной балки ребрами позволило перераспределить нагрузку в нижнем поясе балки надрессорной в зоне сопряжения наклонной его части с горизонтальной.
Выполнение технологических окон высотой, ограниченной наружной поверхностью горизонтальной концевой части верхнего пояса и внутренней поверхностью верхнего пояса в зоне опорной площадки под скользуны, и с суммарной шириной не более 44% ширины надрессорной балки в зоне опорной площадки под скользуны позволяет снизить массу надрессорной балки при достаточной прочности балки в зоне радиусного перехода.
В настоящее время на данную конструкцию балки надрессорной железнодорожной тележки разработана конструкторская документация, по которой изготовлены опытные образцы, проходящие всесторонние испытания.
1. Балка надрессорная железнодорожной тележки в виде стальной отливки коробчатого сечения, состоящая из верхнего пояса, включающего в себя кольцевую плиту подпятника с буртом и системой продольных и поперечных подкрепляющих ребер, боковых вертикальных стенок с технологическими отверстиями, а также нижнего пояса с внутренними продольными ребрами, расположенными симметрично центральной продольной оси балки, и усиленная со стороны подпятника в концевой ее внутренней полости вертикальным ребром с плавным переходом в наклонный элемент нижнего пояса и в наклонный элемент верхнего пояса, горизонтальная концевая часть которого расположена ниже уровня опорной площадки под скользуны и сопряжена с ней с помощью радиусного перехода, в зоне которого выполнены дополнительные ребра жесткости, соединяющие верхний и нижний пояса, отличающаяся тем, что расстояние между наружными стенками дополнительных ребер, плавно развивающихся со стороны торцов балки надрессорной во внутренней ее полости от опорной площадки рессорного комплекта в верхний пояс концевой части балки, а со стороны подпятника плавно сопрягающихся с верхним поясом балки в зоне опорной площадки под скользуны, а в нижней части, ограниченной зоной опорной площадки под скользуны, с продольными ребрами жесткости, расположенными на нижнем поясе по всей длине центральной части надрессорной балки, не превышает ширины опорной площадки рессорного комплекта во внутренней полости балки надрессорной в зоне между карманами для фрикционных клиньев, при этом в радиусном переходе от горизонтальной концевой части верхнего пояса надрессорной балки к опорной площадке под скользуны симметрично центральной продольной оси балки выполнены технологические окна, каждое из которых расположено снаружи от дополнительных ребер жесткости.
2. Балка надрессорная железнодорожной тележки по п.1, отличающаяся тем, что высота каждого из технологических окон, расположенных в радиусном переходе от горизонтальной концевой части верхнего пояса надрессорной балки к опорной площадке под скользуны, ограничена наружной поверхностью горизонтальной концевой части верхнего пояса и внутренней поверхностью верхнего пояса в зоне опорной площадки под скользуны.
3. Балка надрессорная железнодорожной тележки по п.1, отличающаяся тем, что суммарная ширина технологических окон, расположенных в радиусном переходе от горизонтальной концевой части верхнего пояса надрессорной балки к опорной площадке под скользуны, составляет не более 44% ширины надрессорной балки в зоне опорной площадки под скользуны.
