RU201678U1

RU201678U1 - Шкворневой узел рамы грузового вагона

Info

Publication number: RU201678U1
Application number: RU2020128078U
Authority: RU
Inventors: Ирина Витальевна Галиева; Сергей Федорович Филлипов; Евгений Моисеевич Гейлер; Анна Владимировна Соснина; Олеся Владимировна Удалова; Ксения Павловна Князева
Original assignee: Акционерное общество «Научно-производственная корпорация «Уралвагонзавод» имени Ф.Э. Дзержинского»; Общество с ограниченной ответственностью «Уральское конструкторское бюро вагоностроения»
Priority date: 2020-08-24
Filing date: 2020-08-24
Publication date: 2020-12-28

Abstract

Заявляемая полезная модель относится к железнодорожному транспорту и касается конструкции рамы грузового железнодорожного вагона, в частности конструкций узла соединения хребтовой балки со шкворневой балкой.Шкворневой узел рамы грузового вагона содержит хребтовую балку 1 с нижними полками 2, 3 и надпятниковым усилением 4, шкворневую балку 5 с изогнутым нижним листом 6, имеющим уширение от скользуна 7 к пятнику 8. На полках хребтовой балки жестко закреплены усиливающие элементы 9, 10, 11, 12, выполненные в виде пластин, ориентированных параллельно оси 13 хребтовой балки, и каждый из которых жестко соединен встык с нижним листом шкворневой балки. Усиливающие элементы с одной стороны нижнего листа шкворневой балки имеют большую длину, а с другой стороны имеют меньшую длину. С каждой стороны хребтовой балки относительно продольной оси, с отступом от боковой грани 14 нижнего листа шкворневой балки, между скользуном и пятником жестко закреплена одна изогнутая накладка 15, которая одной поверхностью установлена на поверхность 16 нижнего листа шкворневой балки с установленным пятником, а другой поверхностью установлена на сопредельную поверхность 17 нижнего листа шкворневой балки. Внешняя боковая грань 18 изогнутой накладки, направленная в сторону боковой грани нижнего листа шкворневой балки, выполнена повторяющей контур боковой грани, а торцевая грань 19, направленная к скользуну, расположена на расстоянии от скользуна.Полезная модель обеспечивает создание конструкции шкворневого узла рамы грузового вагона, позволяющей увеличить прочность рамы грузового вагона 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

Description

Заявляемая полезная модель относится к железнодорожному транспорту и касается конструкции рамы грузового железнодорожного вагона, в частности конструкций узла соединения хребтовой балки со шкворневой балкой.

Известна конструкция рамы кузова универсального восьмиосного полувагона модели 12-541 [И.Ф.Пастухов, В.В.Лукин, Н.И.Жуков. "Вагоны", М., "Транспорт", 1988 г., стр.171], состоящая из хребтовой, концевых, шкворневых и промежуточных балок.

Конструкция шкворневого узла включает хребтовую балку, сваренную из двух зетобразных профилей №31, которые в месте соединения перекрыты двутавром №19, и шкворневую балку, сваренную из вертикальных листов толщиной 8 мм, горизонтального верхнего гофрированого листа толщиной 10 мм, нижнего изогнутого листа толщиной 14 мм, к которому крепятся пятник и скользуны, при этом надпятниковая зона шкворневого узла рамы усилена надпятниковой коробкой, а скользуны выполнены литыми без возможности установки на них съемных регулировочных пластин.

Недостатком вышеописанной конструкции является ее низкая надежность при интенсивной эксплуатации с повышенными нагрузками, что проявляется в возникновении трещин в соединении шкворневой и хребтовой балок. Одной из основных проблем данной конструкции является изломы и трещины нижнего листа шкворневой балки узла соединения шкворневой и хребтовой балок в раме железнодорожного вагона.

Для устранения изломов и трещин нижнего листа шкворневой балки узла соединения шкворневой и хребтовой балок, при деповских и капитальных ремонтах железнодорожных вагонов, применяют три способа ремонта, указанных в нормативном документе «Инструкция по сварке и наплавке при ремонте грузовых вагонов» [стр. 128 – 130, электронный адрес источника https://www.ldz.lv/lv/system/files/06_KV_Padome_63_7%20p_p.p.2.2_Piel.%2060.pdf], включающих:

заварку трещин или изломов нижнего листа шкворневой балки с постановкой усиливающей накладки, при этом допускаемое расстояние от начала трещины или излома до границы крайнего элемента хребтовой балки не менее 100 мм;

или усиление накладкой нижнего листа шкворневой балки в местах постановки пятника, при наличии трещины на расстоянии менее 100 мм от хребтовой балки или замена половины листа с постановкой уравнительных накладок на скользуны, при этом толщина уравнительных накладок должна соответствовать толщине усиливающей накладки;

или частичная (не более половины длины нижнего листа) или полная замена нижнего листа шкворневой балки, также при частичной замене нижнего листа стык усиливают накладкой.

Данные способы устранения дефектов нижнего листа шкворневой балки, возникшие в результате эксплуатации вагона, являются трудоемкими, при этом целостность основного элемента конструкции, нижнего листа шкворневого узла рамы, полностью нарушается. Заварка трещин и изломов на нижнем листе шкворневой балки, а также последующая постановка различных усиливающих накладок приводит к различным концентрациям напряжений в конструкции, что в свою очередь приводит опять к образованию трещин и изломов в уже отремонтированном шкворневом узле рамы, также необоснованно увеличивается масса вагона.

Известна конструкция шкворневого узла рамы грузового вагона [патент РФ на полезную модель № 142976, опубликованный 10.07.2014 г.], включающий сопряженные хребтовую и шкворневую балки. Нижние полки хребтовой балки связаны между собой пластиной, на которую установлен подпятник, к нижним полкам жестко присоединены трапециевидные листы. Нижняя полка шкворневой балки соединена внахлест с трапециевидными листами, трапециевидный лист имеет большую толщину, чем нижняя полка шкворневой балки. Ширина нижней полки шкворневой балки в зоне соединения с трапециевидным листом равна 0,8-1 ширины меньшего основания трапециевидного листа.

Недостатком данной конструкции, является также полное нарушение целостности основного элемента конструкции, нижнего листа шкворневой балки узла соединения шкворневой и хребтовой балок, и как следствие концентрация напряжений в конструкции, и образование трещин и изломов нижнего листа.

Кроме того, известна конструкция рама кузова полувагона [патент РФ на полезную модель № 170397, опубликованный 24.04.2017 г.], состоящая из хребтовой балки с закрепленными поперечными концевыми, промежуточными, шкворневыми балками. В зоне соединения шкворневой балки и хребтовой балки установлены усиливающие элементы и косынки. Усиливающие элементы выполнены в виде продольных пластин, ориентированных параллельно оси хребтовой балки. Каждая пластина соединена встык с нижним листом шкворневой балки и приварена к нижней полке Z-образного профиля хребтовой балки. Каждая косынка выполнена скругленной формы и соединена с помощью сварки со шкворневой балкой и с усиливающим элементом, причем между каждой косынкой и соответствующим усиливающим элементом образован плавный переход.

Данная конструкция выбрана в качестве прототипа для заявляемой полезной модели.

Недостатком конструкции шкворневого узла является приварка косынки к шкворневой балке и к усиливающему элементу, что создает кромочные напряжения, не по радиусу скругления косынки, а по сварным швам, которыми косынка приваривается к шкворневой балке и к усиливающему элементу. Кромочные напряжения по сварным швам приварки косынки, в свою очередь, способствуют образованию усталостных трещин по нижнему листу в зоне между пятником и скользуном, развиваясь от кромки нижнего листа шкворневой балки листа и продвигаясь к середине листа.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в создании конструкции шкворневого узла рамы грузового вагона, которая обеспечит повышение прочности узла в целом, а также повышение прочности крайней части нижнего листа шкворневой балки в зоне между пятником и скользуном, в сочетании с уменьшением массы тары.

Поставленная задача решается за счет того, что усиливающие элементы с одной стороны нижнего листа шкворневой балки имеют большую длину, а с другой стороны имеют меньшую длину. Также с каждой стороны хребтовой балки относительно продольной оси, с отступом от боковой грани нижнего листа шкворневой балки, между скользуном и пятником жестко закреплена, одна изогнутая накладка. Изогнутая накладка одной поверхностью установлена на поверхность нижнего листа шкворневой балки, на которой установлен пятник, а другой поверхностью изогнутая накладка установлена на сопредельную поверхность нижнего листа шкворневой балки. Вместе с этим, внешняя боковая грань изогнутой накладки, направленная в сторону боковой грани нижнего листа шкворневой балки, выполнена повторяющей контур боковой грани, а торцевая грань, направленная к скользуну, расположена на расстоянии от скользуна.

Сущность заявляемой полезной модели, заключается в том, что шкворневой узел рамы грузового вагона, содержит хребтовую балку с нижними полками и надпятниковым усилением, шкворневую балку с изогнутым нижним листом, имеющим уширение, от скользуна к пятнику, при этом на полках хребтовой балки жестко закреплены усиливающие элементы, выполненные в виде пластин, ориентированных параллельно оси хребтовой балки и каждый из которых жестко соединен встык с нижним листом шкворневой балки, также усиливающие элементы с одной стороны нижнего листа шкворневой балки имеют большую длину, а с другой стороны имеют меньшую длину, вместе с этим, с каждой стороны хребтовой балки относительно продольной оси, с отступом от боковой грани нижнего листа шкворневой балки, между скользуном и пятником жестко закреплена, одна изогнутая накладка, которая одной поверхностью установлена на поверхность нижнего листа шкворневой балки с установленным пятником, а другой поверхностью установлена на сопредельную поверхность нижнего листа шкворневой балки, при этом внешняя боковая грань изогнутой накладки, направленная в сторону боковой грани нижнего листа шкворневой балки, выполнена повторяющей контур боковой грани, а торцевая грань, направленная к скользуну, расположена на расстоянии от скользуна.

Кроме того, изогнутые накладки установлены со стороны усиливающих элементов, имеющих большую длину.

Возможно исполнение установки изогнутой накладки к каждой боковой грани нижнего листа шкворневой балки, в зоне между скользуном и пятником.

Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежом:

фиг. 1 - шкворневой узел рамы грузового вагона (вид снизу).

Шкворневой узел рамы грузового вагона, содержит хребтовую балку 1 с нижними полками 2, 3 и надпятниковым усилением 4, шкворневую балку 5 с изогнутым нижним листом 6, имеющим уширение, от скользуна 7 к пятнику 8. На полках 2, 3 хребтовой балки 1 жестко закреплены усиливающие элементы 9, 10, 11, 12, выполненные в виде пластин, ориентированных параллельно оси 13 хребтовой балки 1 и каждый из которых жестко соединен встык с нижним листом 6 шкворневой балки 5. Усиливающие элементы 9, 10, 11, 12 с одной стороны нижнего листа 6 шкворневой балки 5 имеют большую длину, это - усиливающие элементы 9, 10, а с другой стороны имеют меньшую длину, это - усиливающие элементы 11, 12. С каждой стороны хребтовой балки 1 относительно продольной оси 13, с отступом от боковой грани 14 нижнего листа 6 шкворневой балки 5, между скользуном 7 и пятником 8 жестко закреплена, одна изогнутая накладка 15, которая одной поверхностью установлена на поверхность 16 нижнего листа 6 шкворневой балки 5 с установленным пятником 8, а другой поверхностью установлена на сопредельную поверхность 17 нижнего листа 6 шкворневой балки 5. Внешняя боковая грань 18 изогнутой накладки 15, направленная в сторону боковой грани 14 нижнего листа 6 шкворневой балки 5, выполнена повторяющей контур боковой грани 14, а торцевая грань 19, направленная к скользуну 7, расположена на расстоянии от скользуна 7.

Вместе с этим, изогнутые накладки 15 установлены со стороны усиливающих элементов 9, 10, имеющих большую длину.

Возможно исполнение, когда изогнутые накладки 15 и 20 установлены к каждой боковой грани 14 нижнего листа 6 шкворневой балки 5, в зоне между скользуном 7 и пятником 8.

Технический результат от заявляемой полезной модели заключается в том, что выполнение шкворневого узла рамы грузового вагона, в котором усиливающие элементы с одной стороны нижнего листа шкворневой балки имеют большую длину, а с другой стороны имеют меньшую длину, вместе с этим, с каждой стороны хребтовой балки относительно продольной оси, с отступом от боковой грани нижнего листа шкворневой балки, между скользуном и пятником жестко закреплена, одна изогнутая накладка, которая одной поверхностью установлена на поверхность нижнего листа шкворневой балки с установленным пятником, а другой поверхностью установлена на сопредельную поверхность нижнего листа шкворневой балки, при этом внешняя боковая грань изогнутой накладки, направленная в сторону боковой грани нижнего листа шкворневой балки, выполнена повторяющей контур боковой грани, а торцевая грань, направленная к скользуну, расположена на расстоянии от скользуна, обеспечивает повышение прочности узла в целом, а также повышение прочности крайней части нижнего листа шкворневой балки в зоне между пятником и скользуном и уменьшает массу тары.

Испытания вагона со шкворневым узлом рамы, в котором не установлены изогнутые накладки показывают, что максимальные суммарные напряжения на нижнем листе шкворневой балки, при ударе вагона в подпоре, составляют 262 МПа, а при установленных изогнутых накладках на нижнем листе шкворневой балки, суммарные напряжения в шкворневом узле рамы составляет 175 МПа, что на 33,2% меньше. Данный факт позволяет утверждать, что предлагаемое техническое решение шкворневого узла рамы железнодорожного вагона повышает прочность конструкции.

Установка изогнутых накладок со стороны усиливающих элементов, имеющих большую длину, позволяет усилить конструкцию шкворневого узла рамы железнодорожного вагона с той стороны шкворневого узла, которая более нагружена, что также повышает прочность конструкции рамы.

Установка изогнутых накладок к каждой боковой грани нижнего листа шкворневой балки, в зоне между скользуном и пятником, обеспечивает повышение прочности с обеих сторон шкворневого узла.

В настоящее время на заявляемую полезную модель разработана конструкторская документация и проведены всесторонние испытания опытных образцов, начат выпуск установочной партии вагонов.

Claims

1. Шкворневой узел рамы грузового вагона, содержащий хребтовую балку с нижними полками и надпятниковым усилением, шкворневую балку с изогнутым нижним листом, имеющим уширение от скользуна к пятнику, при этом на полках хребтовой балки жестко закреплены усиливающие элементы, выполненные в виде пластин, ориентированных параллельно оси хребтовой балки, и каждый из которых жестко соединен встык с нижним листом шкворневой балки, отличающийся тем, что усиливающие элементы с одной стороны нижнего листа шкворневой балки имеют большую длину, а с другой стороны имеют меньшую длину, вместе с этим, с каждой стороны хребтовой балки относительно продольной оси, с отступом от боковой грани нижнего листа шкворневой балки, между скользуном и пятником жестко закреплена одна изогнутая накладка, которая одной поверхностью установлена на поверхность нижнего листа шкворневой балки с установленным пятником, а другой поверхностью установлена на сопредельную поверхность нижнего листа шкворневой балки, при этом внешняя боковая грань изогнутой накладки, направленная в сторону боковой грани нижнего листа шкворневой балки, выполнена повторяющей контур боковой грани, а торцевая грань, направленная к скользуну, расположена на расстоянии от скользуна.

2. Шкворневой узел рамы грузового вагона по п. 1, отличающийся тем, что изогнутые накладки установлены со стороны усиливающих элементов, имеющих большую длину.

3. Шкворневой узел рамы грузового вагона по п. 1, отличающийся тем, что изогнутая накладка установлена к каждой боковой грани нижнего листа шкворневой балки в зоне между скользуном и пятником.