RU172939U9 - Надрессорная балка - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к надрессорным балкам тележек грузовых вагонов. Технический результат заключается в повышении усталостной прочности надрессорной балки и достигается за счёт дополнительных рёбер (3), выполненных в зонах сопряжения подпятника (2) и вертикальных боковых стенок (1) снаружи надрессорной балки, при этом расстояние между соседними рёбрами (3) составляет от 0,4 до 3 от толщины примыкающей к ним вертикальной боковой стенки (1). 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Предложенная полезная модель относится к конструктивным элементам тележек грузовых вагонов, а именно к надрессорным балкам.

Из уровня техники известна надрессорная балка, раскрытая в патенте РФ на полезную модель № 116109, опубликованном 20.05.2012 г., и принятая в качестве ближайшего аналога. Известная надрессорная балка содержит две вертикальные боковые стенки и подпятник, сопряжённый с упомянутыми вертикальными боковыми стенками.

Недостатком известного технического решения является низкая усталостная прочность в зонах сопряжения подпятника и вертикальных боковых стенок, связанная с образованием при литье в указанных зонах литейных дефектов, а именно горячих трещин, из-за отсутствия плавных сопряжений ввиду резких переходов вертикальных стенок в подпятник, и с действием в указанных зонах усадочных и термических напряжений. Горячие трещины образуются в момент затвердевания металла отливки в форме у термических узлов (в частности в месте пересечения массивных стенок) или от неподатливых форм или стержней. Металл в форме застывает неравномерно. Затвердевание происходит от наружных поверхностей деталей, контактирующих с формой и стержнями вглубь. Происходит процесс усадки металла, который заметно проявляется в термических узлах, к которым относятся и стыки стенок. В процессе усадки возникают напряжения в затвердевающем металле, которые релаксируются в виде горячих трещин в местах с наименьшей прочностью металла. Таким местом в рассматриваемой отливке надрессорной балки является место стыка вертикальной наружной стенки и подпятника в центральной части балки. Горячие трещины являются причинами образования и развития усталостных трещин, приводящих к изломам надрессорной балки, а значит и к снижению надёжности работы, выносливости конструкции и безопасности её работы при различных видах нагрузок.

Техническая проблема, решаемая при изготовлении предложенного технического решения, заключается в уменьшении напряжений, действующих в зонах сопряжения вертикальных боковых стенок и подпятника, и, как следствие, в уменьшении вероятности образования литейных дефектов, в частности, горячих трещин.

Технический результат, достигаемый при изготовлении предложенного технического решения, заключается в повышении усталостной прочности надрессорной балки.

Технический результат достигается за счёт того, что надрессорная балка содержит две вертикальные боковые стенки и подпятник, сопряжённый с упомянутыми вертикальными боковыми стенками, при этом надрессорная балка дополнительно включает в себя рёбра, расположенные в зонах сопряжения подпятника и вертикальных боковых стенок снаружи надрессорной балки, при этом расстояние между соседними рёбрами составляет от 0,4 до 5,8 от толщины примыкающей к ним вертикальной боковой стенки.

В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что по меньшей мере одно ребро расположено по поперечной плоскости симметрии надрессорной балки.

В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что сечение по меньшей мере одного ребра имеет колоколообразную форму.

В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что сечение по меньшей мере одного ребра имеет форму трапеции со скруглёнными углами при мéньшем основании.

В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что толщина по меньшей мере одного ребра от 0,2 до 1 толщины одной из вертикальных боковых стенок надрессорной балки.

Полезная модель представлена изображениями, где на фиг. 1 изображена надрессорная балка, общий вид, изометрическая проекция; на фиг. 2 – место сопряжения подпятника и одной из вертикальных боковых стенок, изометрическая проекция; на фиг. 3 – то же, вид снизу.

Надрессорная балка содержит две вертикальные боковые стенки 1 (фиг. 1, 2, 3), подпятник 2, сопряжённый с упомянутыми вертикальными боковыми стенками 1, и две группы рёбер 3, расположенные в зонах сопряжения подпятника 2 и вертикальных боковых стенок 1 снаружи и c двух противоположных сторон надрессорной балки: в каждой зоне сопряжения подпятника 2 и вертикальной боковой стенки 1 размещена одна группа рёбер 3. Каждая упомянутая группа рёбер 3 может содержать по пять рёбер 3, каждое из которых расположено в плоскости действия сил усадки в зоне сопряжения подпятника 2 и вертикальной боковой стенки 1, и соединено с подпятником 2 и вертикальной стенкой 1. При этом каждая группа рёбер 3 содержит предпочтительно центральное ребро 3, расположенное на поперечной плоскости симметрии надрессорной балки. Другими словами, надрессорная балка содержит два ребра 3 жёсткости, расположенные на поперечной плоскости симметрии надрессорной балки. Кроме того, расстояние между соседними рёбрами 3 в каждой группе рёбер 3 составляет от 0,4 до 5,8 от толщины примыкающей к ним вертикальной боковой стенки 1.

Предпочтительно, сечение каждого из рёбер 3 имеет треугольную форму как наиболее простую форму выполнения, также может иметь и любую другую форму, например в виде радиусного сопряжения.

Рёбра 3 формируют в процессе литья надрессорной балки заодно с основной деталью под углом, предпочтительно перпендикулярно, к по меньшей мере одной горячей трещине – вдоль разрывающих сил – и параллельно действующим силам усадки. Толщина по меньшей мере одного ребра 3 составляет от 0,2 до 1 толщины одной из вертикальных боковых стенок 1, предпочтительно примыкающей к ребру 3. Толщину рёбер 3 замеряют на пересечении половин их размеров по горизонтали от вертикальной боковой стенки 1 надрессорной балки и вертикали от нижней поверхности подпятника 2.

Поскольку рёбра 3 выполняют на участках надрессорной балки с вероятным возникновением горячих трещин, количество рёбер 3, выполненных в каждой из упомянутых зон сопряжения, задают, исходя из размеров упомянутых зон: каждая группа рёбер 3 должна покрывать пространство с вероятным возникновением по меньшей мере одной горячей трещины. Толщину каждого ребра 3 и расстояние между соседними рёбрами 3 задают исходя из величины напряжений, возникающих при затвердевании отливки надрессорной балки: чем выше напряжения, тем меньше расстояние между соседними рёбрами 3 и толще рёбра 3. Однако, при чрезмерно частом размещении рёбер 3 и/или избыточной их толщине может возникнуть искусственно созданный тепловой узел. Если рёбра редкие и тонкие, прочности их будет недостаточно для противостояния образованию трещин (трещины будут наблюдаться и на самих этих рёбрах). При выборе расстояний между рёбрами 3 и толщины каждого из рёбер 3 руководствуются проверяемыми при компьютерном моделировании и на практике соображениями недопущения возникновения дополнительных тепловых узлов в виде этих самых рёбер 3, эффективного сопротивления растрескиванию. Расстояние между соседними рёбрами 3, кроме того, выбирается согласно сложившимся отработанным практикам. Указанный диапазон расстояния между соседними рёбрами 3 и указанный диапазон толщины каждого из рёбер 3 являются наиболее оптимальными.

В других вариантах выполнения предложенное техническое решение содержит по меньшей мере одну группу рёбер 3, расположенную в по меньшей мере одной зоне сопряжения подпятника и одной из вертикальных боковых стенок снаружи надрессорной балки и включающую в себя по меньшей мере одно ребро 3, которое может быть расположено на поперечной плоскости симметрии надрессорной балки. При этом сечение по меньшей мере одного ребра 3 имеет форму трапеции со скруглёнными углами при мéньшем основании или колоколообразную форму. Выполнение по меньшей мере одного ребра 3 с одним из приведённых выше примеров сечений исключает геометрические концентраторы напряжений в виде, например, углов, что повышает прочность, в частности, усталостную прочность.

Форма сечений рёбер 3 обусловлена «механическими» и «литейными» причинами. Используются типовые конфигурации рёбер 3, расширенным краем, примыкающим к подлежащей укреплению зоне, принимающие максимальные напряжения, в то время как в противоположной части ребра 3 напряжения значительно меньше, что позволяет выполнять её суженой (вырожденной). В менее экономичном варианте с точки зрения расходования металла рёбра 3 могут оказаться и близкими к прямоугольнику в сечении. Однако всегда должен присутствовать уклон с сужением в сторону от отливки (см. фиг. 2) надрессорной балки и/или плавный переход (если ребро 3 не имеет плоских поверхностей) предпочтительно с двух сторон ребра 3 для обеспечения извлекаемости оснастки при изготовлении форм и стержней, в противном случае извлечение будет затруднено. Другими словами, основание каждого ребра 3 шире его вершины. Упомянутый уклон обеспечивается автоматически, если сечение ребра 3 имеет, например, форму трапеции со скруглёнными углами при мéньшем основании или колоколообразную форму.

Рёбра 3, имея более тонкое поперечное сечение, затвердевают раньше основного металла надрессорной балки, тем самым выступая в качестве дополнительного элемента жёсткости, чем компенсируют возникающие напряжения при затвердевании основной массы металла. Также рёбра 3 имеют большую площадь поверхности, тем самым, способствуют более интенсивному охлаждению массивной части, например, боковых стенок и подпятника.

Наличие рёбер 3, расположенных в зонах сопряжения подпятника 2 и вертикальных боковых стенок 1 снаружи надрессорной балки позволяет уменьшить образование литейных дефектов, в частности, горячих трещин, за счёт уменьшения напряжения в упомянутых зонах сопряжения, а значит и уменьшить образование и развитие усталостных трещин, что повышает усталостную и конструкционную прочности надрессорной балки. В результате повышается надёжность работы, выносливость конструкции и безопасность работы надрессорной балки при различных видах нагрузок в целом, а также снижаются затраты на её техническое обслуживание и ремонт, уменьшается процент брака.

Claims (5)

1. Надрессорная балка, содержащая две вертикальные боковые стенки и подпятник, сопряжённый с упомянутыми вертикальными боковыми стенками, отличающаяся тем, что надрессорная балка дополнительно включает в себя рёбра жёсткости, выполненные в зонах сопряжения подпятника и вертикальных боковых стенок снаружи надрессорной балки, при этом расстояние между соседними рёбрами составляет от 0,4 до 5,8 от толщины примыкающей к ним вертикальной боковой стенки.

2. Надрессорная балка по п. 1, отличающаяся тем, что одно из рёбер жёсткости размещено на поперечной плоскости симметрии надрессорной балки.

3. Надрессорная балка по п. 1, отличающаяся тем, что сечение по меньшей мере одного ребра имеет колоколообразную форму.

4. Надрессорная балка по п. 1, отличающаяся тем, что сечение по меньшей мере одного ребра имеет форму трапеции со скруглёнными углами при мéньшем основании.

5. Надрессорная балка по п. 1, отличающаяся тем, что толщина по меньшей мере одного ребра от 0,2 до 1 толщины одной из вертикальных боковых стенок надрессорной балки.

Images