RU128585U1 - FREIGHT Wagon Trolley - Google Patents

Abstract

Надрессорная балка тележки грузового вагона коробчатого сечения содержит верхний пояс, включающий на концах балки посадочные поверхности в виде горизонтальных площадок под скользуны, в средней части плоскую опорную плиту с кольцевым буртом, технологические отверстия, нижний пояс имеет в средней части перегородки, переходящие затем в продольное ребро, горизонтальный участок, переходящий в наклонную плоскость с внутренним радиусом R500, наклонную плоскость, переходящую в участок под рессорные комплекты тележки с наружным радиусом R500 нижнего пояса, вертикальные стенки имеют технологические отверстия, между верхним и нижним поясами установлены опорные колонки, отличающаяся тем, что металл надрессорной балки в нижнем горизонтальном поясе в зонах возникновения максимальных эквивалентных напряжений содержит хрома 0,8…1,2%, никеля 2…4%, молибдена 0,2%, ванадия до 0,5%, остальные элементы в пределах основного металла надрессорной балки.The pressurized beam of the box-section freight wagon truck contains an upper belt, including at the ends of the beam landing surfaces in the form of horizontal platforms for side bearings, in the middle part a flat base plate with an annular collar, technological holes, the lower belt has in the middle part of the partition, then turning into a longitudinal rib , a horizontal section turning into an inclined plane with an inner radius of R500, an inclined plane turning into a section under the spring sets of the trolley with an outer radius of R500 bottom its belts, vertical walls have technological holes, support columns are installed between the upper and lower belts, characterized in that the metal of the sprung beam in the lower horizontal zone in the zones of occurrence of maximum equivalent stresses contains chromium 0.8 ... 1.2%, nickel 2 ... 4 %, molybdenum 0.2%, vanadium up to 0.5%, other elements within the base metal of the sprung beam.

Description

Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта и касается конструкции надрессорной балки тележки для грузовых вагонов.The utility model relates to the field of railway transport and relates to the design of the overpressure beam of the trolley for freight cars.

Известна конструкция надрессорной балки (полезная модель №79509, МПК В61F 5/52, заявлен 22.07.2008).Known design nadressornogo beams (utility model No. 79509, IPC B61F 5/52, announced July 22, 2008).

Сущность конструкции в том, что надрессорная балка тележки грузового вагона, содержащая 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, причем верхний пояс выполнен с технологическими отверстиями и посадочными поверхностями под скользуны.The essence of the design is that the sprung beam of the freight wagon trolley, comprising an upper belt with an internal vertical rib, a thrust bearing with a flat base plate and a thrust collar, a lower belt, vertical side walls and a thrust bearing column located between the upper and lower belts, the upper belt It is made with technological holes and landing surfaces under the side bearings.

Посадочные поверхности под скользуны выполнены с системой из отверстий, расположенных несимметрично относительно оси надрессорной балки, позволяющих устанавливать различные типы съемных скользунов на посадочную поверхность.The landing surfaces for the side bearings are made with a system of holes located asymmetrically relative to the axis of the nadressornoj beam, allowing you to install various types of removable side bearings on the landing surface.

Каждая посадочная поверхность под скользун выполнена в виде плоской площадки, имеющей в плане форму прямоугольника и сопрягающейся с вертикальными боковыми стенками надрессорной балки посредством плоских наклонных стенок, а с верхним поясом - посредством криволинейной стенки, при этом в зоне установки скользунов надрессорная балка выполнена с плавным переходом радиуса сопряжения вертикальных стенок с верхним поясом и радиуса сопряжения внутреннего вертикального ребра с верхним поясом от величины R₂ до величины R₁ на расстоянии в обе стороны от вертикальной плоскости симметрии плоской площадки под скользун. Причем соотношение радиусов сопряжения составляет R₂≥2R₁, а расстояние, на котором радиус сопряжения вертикальных стенок с верхним поясом и радиус сопряжения внутреннего вертикального ребра с верхним поясом изменяется от величины R₂ до величины R₁ составляет от 10 до 400 мм.Each landing surface under the slider is made in the form of a flat platform, having a plan in the form of a rectangle and mating with the vertical side walls of the nadressornoj beams by means of flat inclined walls, and with the upper belt - by means of a curved wall, while the nadressornoj beam is made with a smooth transition in the installation area radius interfacing vertical walls with top chord and the internal fillet radius of the vertical edges with the upper belt of the value R ₂ to a value R ₁ for both distance Torons from the vertical symmetry plane of the flat platforms under Slides. Moreover, the ratio of the radius of the conjugation is R ₂ ≥2R ₁ , and the distance at which the radius of conjugation of the vertical walls with the upper belt and the radius of conjugation of the inner vertical rib with the upper belt varies from the value of R ₂ to the value of R ₁ is from 10 to 400 mm.

Технологические отверстия, расположенные в верхнем поясе, выполнены с дополнительным усилением в виде округленного выступа на наружной поверхности, при этом вертикальный пояс выполнен без отверстия в вертикальной стенке в зоне установки скользунов.Technological holes located in the upper belt are made with additional reinforcement in the form of a rounded protrusion on the outer surface, while the vertical belt is made without a hole in the vertical wall in the installation zone of the side bearings.

К недостаткам следует отнести появление напряженных мест в наклонной плоскости нижнего пояса надрессорной балки, следствием которых является возникновение микротрещин.The disadvantages include the appearance of tense places in the inclined plane of the lower belt of the sprung beam, the result of which is the occurrence of microcracks.

Известна конструкция надрессорной балки тележки грузового вагона (патент RU №2193987, МПК В61F 5/52, от 11.09.2000).The known design of the nadressorno beam of the truck wagon (patent RU No. 2193987, IPC B61F 5/52, from 09/11/2000).

Сущность конструкции заключается в том, что надрессорная балка тележки грузового вагона, содержащая верхний пояс с технологическими отверстиями, включающий в себя плиту подпятника с кольцевым буртом, нижний пояс с внутренними продольными ребрами, вертикальные боковые стенки и расположенную между верхним и нижним поясами опорную колонку подпятника, сопряженную в своей нижней части с внутренними продольными ребрами нижнего пояса, которая в верхней части на расстоянии от основания подпятника не более 2/3 от ее высоты расчленена в поперечном сечении при помощи жесткой технологической перегородки на две части, соединенные упругоподатливыми в вертикальной плоскости перемычками, огибающими перегородку с торца. Опорная колонка расчленена при помощи фасонной технологической перегородки, образующей на торцевых поверхностях обеих частей выступы сферической формы и расположенные напротив них сферические гнезда.The essence of the design lies in the fact that the sprung beam of the freight wagon trolley, comprising an upper belt with technological holes, including a thrust plate with an annular shoulder, a lower belt with inner longitudinal ribs, vertical side walls and a support column of the thrust bearing located between the upper and lower belts, conjugated in its lower part with the internal longitudinal ribs of the lower belt, which in the upper part at a distance from the base of the thrust bearing no more than 2/3 of its height is divided into transverse th section with the help of a rigid technological partition into two parts connected by jumpers elastically flexible in the vertical plane, enveloping the partition from the end. The support column is divided using a shaped technological partition, which forms spherical protrusions and spherical nests located opposite them on the end surfaces of both parts.

Высота сферических выступов и глубина сферических гнезд не превышает 1/2 толщины стенки колонки.The height of the spherical protrusions and the depth of the spherical nests does not exceed 1/2 of the column wall thickness.

Предложена конструкция надрессорной балки повышает в целом ее жесткость, но вместе с тем, самым напряженным местом остается наклонная плоскость нижнего пояса.The design of the nadressornoj beam is proposed to increase its rigidity as a whole, but at the same time, the inclined plane of the lower belt remains the most stressful place.

Наиболее близким аналогом является конструкция надрессорной балки тележки (патент на полезную модель №104523, МПК В61F 5/52, заявлен 27.10.2010).The closest analogue is the design of the trolley pressurized beam (utility model patent No. 104523, IPC B61F 5/52, filed October 27, 2010).

Сущность конструкции в том, что надрессорная балка тележки грузового вагона, содержащая верхний пояс с подпятником с плоской опорной поверхностью и упорным кольцевым буртом, с технологическими отверстиями и плоскими опорными площадками под скользуны с крепежными отверстиями, нижний пояс, вертикальные боковые стенки. Нижний пояс выполнен с опорной поверхностью на пружины тележки, переходящей в наклонный пояс, в зоне опорной поверхности на пружины по центру балки выполнено ребро, соединяющее верхний и нижний пояс, плавно переходящее под опорной площадкой скользуна в два вертикальных ребра, проходящих по всей длине балки до ее центра, под упорным кольцевым буртом подпятника ребра соединены поперечной перемычкой, уровень опорных площадок боковых скользунов ниже уровня опорной поверхности подпятника на величину L, опорные площадки под скользуны имеют прямоугольную форму со скругленными выступами в средней части, под опорными площадками скользунов в боковых стенках выполнены отверстия овальной формы, имеющие усиленные внутрь балки стенки, в концевых частях надрессорной балки выполнены карманы под фрикционные клинья, наклонные поверхности карманов имеют выступы над верхним поясом, на боковых стенках с внешней и внутренней стороны от кармана выполнены поперечные упоры, между карманом и внутренним поперечным упором на вертикальных боковых стенках расположены плоские упорные площадки.The essence of the design is that the sprung beam of a freight car truck containing a top belt with a thrust bearing with a flat supporting surface and a thrust annular collar, with technological holes and flat supporting platforms for side bearings with mounting holes, lower belt, vertical side walls. The lower belt is made with a supporting surface on the springs of the trolley, turning into an inclined belt, in the zone of the supporting surface on the springs in the center of the beam there is a rib connecting the upper and lower belt, smoothly passing under the supporting platform in two vertical ribs running along the entire length of the beam to of its center, under the persistent annular shoulder of the thrust bearing, the ribs are connected by a transverse jumper, the level of the bearing pads of the side bearings below the level of the bearing surface of the thrust bearing by L, the bearing pads for the bearings have a rhomboid shape with rounded protrusions in the middle part, oval shaped holes are made under the side supports of the side members in the side walls, having walls reinforced inside the beam, pockets for friction wedges are made in the end parts of the sprung beam, the inclined surfaces of the pockets have protrusions above the upper belt, on the side walls lateral stops are made on the outer and inner sides of the pocket; flat thrust pads are located on the vertical side walls between the pocket and the inner lateral stop.

Расстояние между двумя внутренними вертикальными ребрами может быть в 3,5…4 раза меньше расстояния между боковыми стенками в зоне подпятника.The distance between two internal vertical ribs can be 3.5 ... 4 times less than the distance between the side walls in the area of the thrust bearing.

Высота поперечной перемычки может составлять 55…65% от высоты сечения в зоне подпятника, а уровень площадок для установки боковых скользунов ниже уровня опорной поверхности подпятника на величину L, которая может быть 43…47 мм.The height of the transverse bridge can be 55 ... 65% of the cross-sectional height in the zone of the thrust bearing, and the level of the platforms for installing side bearings is lower than the level of the bearing surface of the thrust bearing by L, which can be 43 ... 47 mm.

К недостаткам следует отнести тот факт, что данная конструкция надрессорной балки не обеспечивает достаточную надежность в эксплуатации. Статистические данные по изломам надрессорных балок показывают, что за полный период 2011 года число отцепок грузовых вагонов в ремонт из-за наличия трещин и изломов надрессорной балки на 35%. При этом 22,5% рекламаций приходится на износ, трещины и излом надрессорной балки по нижнему поясу.The disadvantages include the fact that this design of the sprung beam does not provide sufficient reliability in operation. Statistical data on kinks of nadressornoj beams show that for the full period of 2011 the number of couplings of freight cars for repair due to the presence of cracks and kinks of nadresornoj beams by 35%. At the same time, 22.5% of complaints are accounted for by wear, cracks, and kink of the overpressor beam in the lower zone.

Задачей предлагаемой полезной модели является повышение рабочего ресурса надрессорной балки тележки грузового вагона путем повышения ее прочности в зоне наклонной плоскости нижнего пояса.The objective of the proposed utility model is to increase the working life of the nadressore beam of the freight car truck by increasing its strength in the zone of the inclined plane of the lower belt.

Решение достигается тем, что надрессорная балка тележки грузового вагона коробчатого сечения содержит верхний пояс, включающий на концах балки посадочные поверхности в виде горизонтальных площадок под скользуны, в средней части плоскую опорную плиту с кольцевым буртом, технологические отверстия, нижний пояс имеет в средней части перегородки переходящие затем в продольное ребро, с наружной стороны на концах балки опорные места под рессорный комплект, вертикальные стенки имеют технологические отверстия, между верхним и нижним поясами установлены опорные колонки, отличающаяся тем, что металл надрессорной балки в зонах возникновения максимальных эквивалентных напряжений (например, от сопряжения горизонтальной площадки нижнего пояса с внутренним радиусом, и до сопряжения наружного радиуса с наклонной плоскостью нижнего пояса) содержит: хрома 0,8…1,2%, никеля 2…4%, молибдена 0,2…0,4%, ванадия до 0,5%, остальные элементы в пределах основного металла боковой рамы тележки согласно ОСТ (углерода 0,15-0,25; марганца 0,9-1,4; кремния 0,3-0,5; фосфора менее 0,04; серы менее 0,04; хрома менее 0,3; никеля менее 0,3; медь менее 0,6; ванадия 0,07-0,13).The solution is achieved by the fact that the pressurized beam of the box-section freight wagon truck contains an upper belt, including at the ends of the beam landing surfaces in the form of horizontal platforms for side bearings, in the middle part a flat base plate with an annular collar, technological holes, the lower belt has transitional ones in the middle part of the partition then in the longitudinal rib, from the outside at the ends of the beam, supporting places for the spring set, vertical walls have technological holes, between the upper and lower belts supporting columns are installed, characterized in that the metal of the sprung beam in the zones of occurrence of maximum equivalent stresses (for example, from the conjugation of the horizontal platform of the lower belt with the inner radius, and to the conjugation of the outer radius with the inclined plane of the lower belt) contains: chromium 0.8 ... 1, 2%, nickel 2 ... 4%, molybdenum 0.2 ... 0.4%, vanadium up to 0.5%, other elements within the base metal of the side frame of the trolley according to OST (carbon 0.15-0.25; Manganese 0.9-1.4; silicon 0.3-0.5; phosphorus less than 0.04; sulfur less than 0.04; chromium less than 0.3; nickel less than 0.3; copper less than 0.6; vanadium 0.07-0.13).

Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами, на которых изображены:The essence of the claimed utility model is illustrated by drawings, which depict:

Фиг.1 - зоны концентрации напряжении;Figure 1 - zone concentration of voltage;

Фиг.2 - сечение А-А по фиг.2;Figure 2 - section aa in figure 2;

Фиг.3 - сечение Б-Б по фиг.2.Figure 3 - section bB in figure 2.

На фиг.1 - представлена зона между сечениями (А-А) и (Б-Б) распределения эквивалентных напряжений в надрессорной балке при третьем расчетном режиме (движение вагона с максимальной конструкционной скоростью в кривой малого радиуса) по программе специализированного вычислительного комплекса ANSYS, метод конечных элементов.Figure 1 - shows the area between sections (A-A) and (B-B) of the distribution of equivalent stresses in the nadressornoj beam at the third design mode (movement of the car with the maximum structural speed in the curve of small radius) according to the program of the specialized computing complex ANSYS, method finite elements.

Наибольшие напряжения находятся между сечениями (А-А) и (Б-Б) в нижнем горизонтальном поясе надрессорной балки.The highest stresses are between sections (A-A) and (B-B) in the lower horizontal zone of the nadressornoj beam.

Балка выполнена коробчатого сечения и содержит верхний пояс 1, включающий по концам балки горизонтальные площадки 2 под скользуны, плоскую опорную плиту 3 с кольцевым буртом, технологические отверстия 4, нижний пояс 5 снабжен с обеих сторон перегородкой, переходящей в продольное ребро 6 на всю длину балки. Вертикальные стенки 7 имеют технологические отверстия 8, между верхним 1 и нижним 5 поясами расположены опорные колонки 8.The beam is made in a box section and contains an upper belt 1, including horizontal platforms 2 under the side of the beam at the ends of the beam, a flat base plate 3 with an annular collar, technological holes 4, the lower belt 5 is equipped on both sides with a partition passing into the longitudinal rib 6 for the entire length of the beam . The vertical walls 7 have technological holes 8, between the upper 1 and lower 5 belts are supporting columns 8.

На фиг.2 представлено сечение А-А фиг.1, из него видно, что сечение надрессорной балки в том месте имеет коробчатое сечение разделенная перегородкой, переходящей в продольное ребро 6.Figure 2 presents a section aa of figure 1, it can be seen that the cross section of the nadressornogo beam in that place has a box-shaped section divided by a partition passing into a longitudinal rib 6.

Показаны зоны максимальных напряжений.The zones of maximum stresses are shown.

На фиг.3 представлено сечение Б-Б фиг.1, из него видно, что сечение надрессорной балки в этом месте имеет коробчатое сечение и в нижней части балки видно продольное ребро 6 и зона максимального напряжения.Figure 3 shows a section B-B of figure 1, it can be seen that the section of the nadressornoj beam in this place has a box-shaped section and in the lower part of the beam you can see the longitudinal rib 6 and the maximum voltage zone.

Под воздействием веса вагона на надрессорную балку передаются высокочастотные динамическим усилия.Under the influence of the weight of the car, high-frequency dynamic forces are transmitted to the nadressornoj beam.

При движении вагона в кривых участках дополняются усилия скручивания балки, что еще увеличивает эквивалентные напряжения в наиболее опасных зонах надрессорной балки.When the car moves in the curved sections, the efforts of twisting the beam are supplemented, which further increases the equivalent stresses in the most dangerous zones of the nadressornoj beam.

Как показали исследования и расчеты, наибольшее напряжение возникает именно в нижнем поясе между сечением А-А и сечением Б-Б фиг.1.As studies and calculations have shown, the greatest tension occurs precisely in the lower zone between section AA and section BB of Fig. 1.

Металл надрессорной балки между сечением А-А и Б-Б находится под наибольшей нагрузкой за счет изгибающих моментов.The metal of the nadressornoj beam between section AA and BB is under the greatest load due to bending moments.

Чтобы увеличить сопротивление металла в указанных зонах надрессорной балки (например, от сопряжения горизонтальной площадки нижнего пояса с внутренним радиусом, и до сопряжения наружного радиуса с наклонной плоскостью нижнего пояса) предлагается повысить прочностные характеристики металла в указанных местах за счет введения хрома 0,8…1,2%, никеля 2…4%, молибдена 0,2…0,4%, ванадия до 0,5%, остальные элементы в пределах основного металла.In order to increase the metal resistance in these zones of the nadressornoj beam (for example, from the conjugation of the horizontal platform of the lower belt with the inner radius, and to the mating of the outer radius with the inclined plane of the lower belt) it is proposed to increase the strength characteristics of the metal in these places due to the introduction of chromium of 0.8 ... 1 , 2%, nickel 2 ... 4%, molybdenum 0.2 ... 0.4%, vanadium up to 0.5%, other elements within the base metal.

Предложенное легирование предает металлу высокое временное сопротивления и высокий предел текучести с сохранением при этом большой вязкости, что характеризуется большой ударной сопротивляемостью.The proposed alloying gives the metal a high temporary resistance and a high yield strength while maintaining high viscosity, which is characterized by high impact resistance.

Растворение легирующих элементов в Fea происходит в результате замещения атомов железа атомами этих элементов.The dissolution of alloying elements in Fea occurs as a result of the replacement of iron atoms by the atoms of these elements.

Атомы легирующих элементов, отличаясь от атомов железа размерами и строением, создают в решетке напряжения, которые вызывают изменение ее периода. (А.П.Гуляев. «Металловедение». Издательство «Металлургия» 1978 г. стр.349-350).Atoms of alloying elements, differing from iron atoms in size and structure, create stresses in the lattice that cause a change in its period. (A.P. Gulyaev. "Metallurgy". Publishing house "Metallurgy" 1978, pp. 349-350).

Там же на рис.280 показаны влияние легирующих элементов на свойства феррита (твердость и ударная вязкость) и на рис.281 показано влияние легирующих элементов на порог хладостойкости.In the same figure, Fig. 280 shows the effect of alloying elements on the properties of ferrite (hardness and toughness) and Fig. 281 shows the effect of alloying elements on the cold resistance threshold.

Именно влияние присадки хрома и никеля обеспечивают повышение механических качеств и хладостойкость. Для получения необходимой прочности металла надрессорной балки предложено добавлять никеля от 2…4% и хрома до 0,8…1,2%.It is the influence of the chromium and nickel additives that provide an increase in mechanical properties and cold resistance. To obtain the necessary strength of the metal of the sprung beam, it is proposed to add nickel from 2 ... 4% and chromium to 0.8 ... 1.2%.

Для обеспечения теплоустойчивости стали, т.е. повышение предела текучести, вводится молибден 0,2…0,5%.To ensure the thermal stability of steel, i.e. increase in yield strength, molybdenum 0.2 ... 0.5% is introduced.

Молибден, растворяясь в фазах железа, измельчает зерно, что очень благотворно влияет на механические качества металла, повышает прочность и сопротивление удару.Molybdenum, dissolving in the phases of iron, grinds the grain, which is very beneficial for the mechanical properties of the metal, increases strength and resistance to impact.

Для дисперсионного упрочнения и измельчения зерна вводится ванадий.For dispersion hardening and grinding of grain, vanadium is introduced.

Наиболее эффективное действие ванадия на свойства стали достигается при содержании ванадия в стали 0,5%. В этом случае в раствор переходит упрочняющая фаза в количестве, достаточном для последующего дисперсионного упрочнения, а нерастворенной остается такое его количество, которое необходимо для торможения роста зерен при нагреве.The most effective effect of vanadium on the properties of steel is achieved with a vanadium content of 0.5% in steel. In this case, the hardening phase enters the solution in an amount sufficient for subsequent dispersion hardening, and its quantity remains insoluble, which is necessary to inhibit grain growth during heating.

При этом сталь должна быть, хорошо раскислена, иметь достаточную температуру для создания благоприятной формы и расположения образующихся микровключений.In this case, the steel must be well deoxidized, have a sufficient temperature to create a favorable shape and location of the resulting microinclusions.

Предложенная конструкция надрессорной балки тележки грузового вагона была изготовлена и испытана на цикличность.The proposed design of the overpressure beam of the freight car truck was manufactured and tested for cyclicity.

Результаты испытаний положительные.The test results are positive.

Claims (1)

Надрессорная балка тележки грузового вагона коробчатого сечения содержит верхний пояс, включающий на концах балки посадочные поверхности в виде горизонтальных площадок под скользуны, в средней части плоскую опорную плиту с кольцевым буртом, технологические отверстия, нижний пояс имеет в средней части перегородки, переходящие затем в продольное ребро, горизонтальный участок, переходящий в наклонную плоскость с внутренним радиусом R500, наклонную плоскость, переходящую в участок под рессорные комплекты тележки с наружным радиусом R500 нижнего пояса, вертикальные стенки имеют технологические отверстия, между верхним и нижним поясами установлены опорные колонки, отличающаяся тем, что металл надрессорной балки в нижнем горизонтальном поясе в зонах возникновения максимальных эквивалентных напряжений содержит хрома 0,8…1,2%, никеля 2…4%, молибдена 0,2%, ванадия до 0,5%, остальные элементы в пределах основного металла надрессорной балки.

The pressurized beam of the box-section freight wagon truck contains an upper belt, including at the ends of the beam landing surfaces in the form of horizontal platforms for side bearings, in the middle part a flat base plate with an annular collar, technological holes, the lower belt has in the middle part of the partition, then turning into a longitudinal rib , a horizontal section turning into an inclined plane with an inner radius of R500, an inclined plane turning into a section under the spring sets of the trolley with an outer radius of R500 bottom its belts, vertical walls have technological holes, support columns are installed between the upper and lower belts, characterized in that the metal of the sprung beam in the lower horizontal zone in the zones of occurrence of maximum equivalent stresses contains chromium 0.8 ... 1.2%, nickel 2 ... 4 %, molybdenum 0.2%, vanadium up to 0.5%, other elements within the base metal of the sprung beam.

Images