RU224091U1 - Шкворневая балка трехосной тележки грузового железнодорожного вагона - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к конструкциям грузовых железнодорожных трехосных тележек вагона, в частности к конструкции шкворневой балки трехосной тележки грузового железнодорожного вагона. Шкворневая балка трехосной тележки грузового железнодорожного вагона, содержащая две продольные части и одну поперечную часть, образующие Н-образную отливку, поперечная часть содержит подпятниковое место, концевые лапы на продольных частях, предназначенные для размещения между ними надрессорных балок, и площадку для скользуна, концевые лапы шкворневой балки, расположенные по одну ее сторону, образуют с продольной осью балки острый угол, а концевые лапы, расположенные по другую сторону балки, образуют с ее продольной осью тупой угол, при этом концевые лапы шкворневой балки имеют скосы. Участок стенки скоса концевой лапы выполнен с плавно меняющейся переменной толщиной, увеличивающейся в направлении от края концевой лапы к центральной части шкворневой балки. Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение надежности шкворневой балки трехосной тележки грузового железнодорожного вагона, полученное за счет подбора оптимальных значений геометрических параметров толщины стенки на участка скоса концевой лапы. 1 з.п. ф-лы.

Description

Полезная модель относится к конструкциям грузовых железнодорожных трехосных тележек вагона, в частности к конструкции шкворневой балки трехосной тележки грузового железнодорожного вагона.

Трехосные тележки предназначены для подкатки под грузовые железнодорожные вагоны, например под думпкары (вагоны самосвалы) промышленного транспорта, который используется для перевозки сыпучих и кусковых грузов, скалистых пород, не требующих защиты от атмосферных осадков.

Из уровня техники известна конструкция трехосной тележки [патент SU 163201, МПК B61F, опубл. 09.04.1965 Бюл. № 8], состоящая из боковин, в окне каждой из которых расположен комплект пружин и амортизатор для гашения колебаний, надрессорных балок, шкворневой балки, опирающейся лапами на надрессорные балки и соединенной с ними, колесных пар, съемных балансиров, размещенных на буксах средней колесной пары и соединенных с хоботами боковин, и тормозной рычажной передачи, при этом концевые лапы шкворневой балки, расположенные по одну ее сторону, образуют с продольной осью балки острый угол, а концевые лапы, расположенные по другую сторону балки, образуют с ее продольной осью тупой угол, с тем, чтобы точки опоры диагонально расположенных концевых лап на надрессорной балки находились на равном расстоянии от продольной оси тележки. Концевые лапы шкворневой балки имеют скосы для вписывания трехосной тележки в кривые малого радиуса.

Недостатком данной конструкции шкворневой балки трехосной тележки является недостаточная ее надежность.

Также из уровня техники известна конструкция шкворневой балки трехосной тележки, раскрытая на страницах 145-146 в источнике «Чертежи запасных деталей вагонов железных дорог колеи 1524 мм. Ходовые части, ударные приборы и амортизаторы переходных площадок. Москва, "Транспорт", 1970 г.», содержащая две продольные части и одну поперечную часть, образующие Н-образную отливку, поперечная часть содержит подпятниковое место, концевые лапы, предназначенные для размещения между ними надрессорных балок, и площадку для скользуна, концевые лапы шкворневой балки, расположенные по одну ее сторону, образуют с продольной осью балки острый угол, а концевые лапы, расположенные по другую сторону балки, образуют с ее продольной осью тупой угол, при этом концевые лапы шкворневой балки имеют скосы со ступенчато изменяющейся толщиной.

Техническим недостатком данной шкворневой балки трехосной тележки является низкая надежность участка скоса концевой лапы, вызванная высокими механическими напряжениями, обусловленными неоптимальным подбором геометрических параметров.

Данная конструкция выбрана в качестве прототипа для заявляемой полезной модели.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является разработка шкворневой балки трехосной железнодорожной тележки грузового вагона, обладающей надлежащей прочностью, надежностью при ее минимально допустимом и достаточном весе.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение надежности шкворневой балки трехосной тележки грузового железнодорожного вагона, полученное за счет подбора оптимальных значений геометрических параметров толщины стенки на участка скоса концевой лапы.

Для достижения технического результата, заключающегося в повышении надежности шкворневой балки трехосной тележки грузового железнодорожного вагона, необходимо снижение механических напряжений в высоконагруженных участках шкворневой балки. Достичь снижения механических напряжений возможно путем подбора оптимальных значений размеров и форм этих участков.

Задача решается, а поставленный технический результат достигается тем, что шкворневая балка трехосной тележки грузового железнодорожного вагона, содержащая две продольные части и одну поперечную часть, образующие Н-образную отливку, поперечная часть содержит подпятниковое место, концевые лапы, предназначенные для размещения между ними надрессорных балок, и площадку для скользуна, концевые лапы шкворневой балки, расположенные по одну ее сторону, образуют с продольной осью балки острый угол, а концевые лапы, расположенные по другую сторону балки, образуют с ее продольной осью тупой угол, при этом концевые лапы шкворневой балки имеют скосы, отличающаяся тем, что участок стенки скоса концевой лапы выполнен с плавно меняющейся переменной толщиной, увеличивающийся в направлении от края концевой лапы к центральной части шкворневой балки

Толщина А стенки участка скоса концевой лапы выполнена в диапазоне от 14,6 до 17,4 мм, а толщина В стенки участка скоса концевой лапы выполнена в диапазоне от 23,4 до 26,6 мм.

Заявляемая полезная модель поясняется графическим материалом.

Фиг. 1 - Трехосная тележка (вид сбоку).

Фиг. 2 - Трехосная тележка (вид сверху).

Фиг. 3 - Шкворневая балка.

Фиг. 4 - Часть шкворневой балки с вырезом.

Фиг. 5 - Эпюра внутренних механических напряжений в шкворневой балке.

Трехосная тележка состоит из четырех боковых рам 1, двух надрессорных балок 2, шкворневой балки 3, трех колесных пар 4 на подшипниках (не обозначены на фигурах), четырех рессорных комплектов 5 с амортизаторами 6 для гашения колебаний, тормозной рычажной передачи 7 и двух съемных балансиров 8. Боковые рамы 1 в собранном виде образуют раму тележки, которая выполнена переломной на средней колесной паре, что позволяет трехосной тележке свободно проходить через сортировочные горки и вагоноопрокидыватели.

Боковые рамы 1 трехосной тележки опираются на буксы 10 крайних колесных пар 4 и коромысла балансиров 8 средней колесной пары. Соединение боковых рам 1 с буксами 10 крайних колесных пар 4 - челюстное, обеспечивающее необходимое взаимное угловое перемещение боковых рам и колесных пар при вписывании тележки в кривые участки пути малых радиусов, и, в тоже время, ограничивающее поперечное и продольное смещение боковой рамы 1 относительно корпуса буксы. При этом ограничение поперечных смещений необходимо во избежание перегрузки наружного подшипника буксового узла и шейки оси, так как боковая рама 1 опирается непосредственно на буксу 10. Ограничение продольных смещений необходимо для обеспечения параллельности осей всех колесных пар, с целью улучшения ходовых качеств вагона и уменьшения сил взаимодействия тележки и железнодорожного пути.

Соединение боковой рамы 1 с коромыслом балансира 8 осуществлено валиком 11. Вертикальная нагрузка от боковой рамы 1 на балансир 8 передается через вкладыш 12 с регулировочной прокладкой (не обозначена на чертежах). Продольные нагрузки от боковой рамы 1 на балансир 8 передается по плоскости вкладыша 12 за счет сил трения и, частично, валиком 11. Отверстие в боковой раме 1 под установку валика выполнено овальным, с тем, чтобы исключить передачу вертикальной нагрузки от боковой рамы 1 на валик 11 и обеспечить взаимный угловой поворот боковой рамы 1 и балансира 8 в вертикальной плоскости, необходимый для прохода думпкаром сортировочных горок.

Угловые перемещения боковых рам 1 и средней колесной пары 4 в горизонтальной плоскости, при вписывании вагона в кривые участки пути, обеспечиваются за счет наличия продольных зазоров между валиком 11 и овальным отверстием боковой рамы 1.

Шкворневая балка 3 трехосной тележки грузового железнодорожного вагона выполнена в виде отливки, содержит две продольные части 3.1 и одну поперечную часть 3.2, образующие Н-образную цельную отливку коробчатого сечения.

Поперечная часть 3.2 содержит подпятниковое место 3.3. На продольных частях 3.1 шкворневой балки 3 расположены концевые лапы 3.4, предназначенные для размещения между ними надрессорных балок 2 и площадку 3.6 для установки скользуна (не обозначен на фигурах).

Подпятниковое место 3.3 выполняется в центральной части поперечной части 3.2 диаметром D с буртом 3.3.1 и отверстием 3.3.2, и служит опорой пятника рамы вагона-думкара.

Для обеспечения возможности установки на тележку скользунов и их фиксации, на площадках 3.6 выполнены овальные отверстия 3.6.1.

Концевые лапы 3.4 шкворневой балки 3 содержат челюсти (не обозначены на фигурах) предназначенные для сопряжения с надрессорными балками 2, а на верхних и нижних поясах (не обозначены на фигурах) шкворневой балки 3 выполнены отверстия 9 для соединительных болтов (не обозначены на фигурах).

Продольные части 3.1 и поперечная часть 3.2 шкворневой балки 3 содержат боковые стенки (не обозначены на фигурах), верхние (не обозначенные на фигурах) и нижние пояса (не обозначенные на фигурах).

Шкворневая балка 3 трехосной тележки соединяется с надрессорной балкой 2 посредством кронштейна (не обозначен на фигурах) и соединительных болтов (не обозначены на фигурах).

Концевые лапы 3.4 шкворневой балки 3, расположенные по одну ее сторону, образуют с продольной осью балки острый угол, а концевые лапы 3.4, расположенные по другую сторону шкворневой балки 3, образуют с ее продольной осью тупой угол. На концевых лапах 3.4 шкворневой балки 3 выполнены скосы 3.5.

Под участком L стенки скоса 3.5 концевой лапы 3.4 шкворневой балки 3 трехосной тележки заявителем понимается участок боковой стенки шкворневой балки 3, выполненный на скосе 3.5 концевых лап 3.4 продольных частей 3.1 шкворневой балки 3, которая представляет собой Н-образную цельную отливку коробчатого сечения.

Участок L стенки скоса 3.5 концевой лапы 3.4 шкворневой балки 3 трехосной тележки выполнен с плавно меняющейся переменной толщиной, уменьшающейся от края концевой лапы 3.4 в направлении к центральной части шкворневой балки 3.

Толщина А участка L стенки скоса 3.5 концевой лапы 3.4 шкворневой балки 3 выполнена в диапазоне от 14,6 до 17,4 мм.

Толщина В участка L стенки скоса 3.5 концевой лапы шкворневой балки 3 выполнена в диапазоне от 23,4 до 26,6 мм.

Примером реализации заявляемой полезной модели может быть шкворневая балка 3 трехосной тележки грузового железнодорожного вагона, выполненная в виде отливки (например, из стали марки 20ГЛ по ГОСТ 32400), содержащая две продольные части 3.1 и одну поперечную часть 3.2, образующие Н-образную отливку. Поперечная часть 3.2 содержит подпятниковое место 3.3. Продольные части 3.1 и поперечная часть 3.2 шкворневой балки 3 содержат боковые стенки, верхние и нижние пояса. На продольных частях 3.1 шкворневой балки 3 расположены концевые лапы 3.4, предназначенные для размещения между ними надрессорных балок 2 и площадку 3.6 для установки скользуна. Концевые лапы 3.4 шкворневой балки 3, расположенные по одну ее сторону, образуют с продольной осью балки острый угол, а концевые лапы 3.4, расположенные по другую сторону шкворневой балки 3, образуют с ее продольной осью тупой угол. На концевых лапах 3.4 шкворневой балки 3 выполнены скосы 3.5. Участок L стенки скоса 3.5 концевой лапы 3.4 шкворневой балки 3 трехосной тележки выполнен с плавно меняющейся переменной толщиной, увеличивающейся в направлении от края концевой лапы 3.4 к центральной части шкворневой балки 3. Толщина А участка L стенки скоса 3.5 концевой лапы 3.4 шкворневой балки 3 выполнена в диапазоне от 14,6 до 17,4 мм. Толщина B участка L стенки скоса 3.5 концевой лапы шкворневой балки 3 выполнена в диапазоне от 23,4 до 26,6 мм.

Предпочтительным вариантом выполнения может быть шкворневая балка 3 трехосной тележки грузового железнодорожного вагона, выполненная в виде отливки (например, из стали марки 20ГЛ по ГОСТ 32400), содержащая две продольные части 3.1 и одну поперечную часть 3.2, образующие Н-образную отливку. Поперечная часть 3.2 содержит подпятниковое место 3.3. Продольные части 3.1 и поперечная часть 3.2 шкворневой балки 3 содержат боковые стенки, верхние и нижние пояса. На продольных частях 3.2 шкворневой балки 3 расположены концевые лапы 3.4, предназначенные для размещения между ними надрессорных балок 2 и площадку 3.6 для установки скользуна. Концевые лапы шкворневой балки 3.4, расположенные по одну ее сторону, образуют с продольной осью балки острый угол, а концевые лапы 3.4, расположенные по другую сторону шкворневой балки 3, образуют с ее продольной осью тупой угол. На концевых лапах 3.4 шкворневой балки 3 выполнены скосы 3.5. Участок L стенки скоса 3.5 концевой лапы 3.4 шкворневой балки 3 трехосной тележки выполнен с плавно меняющейся переменной толщиной, увеличивающейся в направлении от края концевой лапы 3.4 к центральной части шкворневой балки. При этом толщина А участка L стенки скоса 3.5 концевой лапы 3.4 шкворневой балки 3 составляет 16 мм, толщина B участка L стенки скоса 3.5 концевой лапы шкворневой балки 3 составляет 25 мм.

Проверка предлагаемых диапазонов толщин А и B участка L стенки скоса 3.5 концевой лапы 3.4 шкворневой балки 3 была произведена по критериям максимальных напряжений по Мезису, основным на теории Mises-Hencky, согласно которой пластичный материал начинает повреждаться в местах, где напряжение по Мезису становится равным предельному напряжению. Допускаемые напряжения для шкворневой балки трехосной тележки, выполненной из стали марки 20ГЛ по ГОСТ 32400 по I расчетному режиму, составляют 255 МПа.

Результат проведенного испытания заявляемой шкворневой балки трехосной тележки представлен на фиг. 5, из которой видно, что подобранные значения диапазонов толщин А и В участка L стенки скоса 3.5 концевой лапы 3.4 шкворневой балки 3 не приводят к превышению допустимых значений напряжений, возникающих в шкворневой балке.

Увеличение величин предложенных параметров толщин А и В участка L стенки скоса 3.5 концевой лапы 3.4 шкворневой балки 3 приведет к необоснованному увеличению массы шкворневой балки 3 в целом, а уменьшение толщин А и В участка L стенки скоса 3.5 концевой лапы 3.4 шкворневой балки 3 приведет к уменьшению прочностных качеств шкворневой балки 3 и увеличению концентраций напряжений в зоне участка L стенки скоса 3.5 концевой лапы 3.4 шкворневой балки 3.

При выполнении участка L скоса 3.5 концевой лапы 3.4 в предлагаемой шкворневой балке 3 для трехосной тележки грузового вагона толщиной «А» стенки в диапазоне от 14,6 до 17,4 мм, и толщиной «В» стенки в диапазоне размеров от 23,4 до 26,6 мм, обеспечивается снижение механических напряжений не менее чем на 10 %, при увеличении массы шкворневой балки на 1,2 % по сравнению с прототипом.

Если толщина «А» участка L стенки скоса 3.5 концевой лапы 3.4 будет выполнена менее 14,6 мм и менее 23,4 мм для толщины «В», механические напряжения будут выше, чем у прототипа, при этом увеличиваются механические напряжения на участке L стенки скоса 3.5 концевой лапы 3.4 шкворневой балки 3.

В случае, если толщину «А» участка L стенки скоса 3.5 концевой лапы 3.4 выполнить более 17,4 мм и толщину «В» более 26,6 мм, то механические напряжения уменьшатся на незначительную величину, составляющую 2,3 %, но при этом рост массы составляет порядка 2,5 %, что существенно хуже, чем при выполнении толщины «А» в диапазоне от 14,6 до 17,4 мм и толщины «В» в диапазоне от 23,4 до 26,6 мм.

Таким образом, при выполнении участка L стенки скоса 3.5 концевой лапы 3.4 шкворневой балки 3 трехосной тележки, с плавно меняющейся переменной толщиной, увеличивающейся в направлении от края концевой лапы 3.4 к центральной части шкворневой балки с толщиной «А» стенки в диапазоне от 14,6 до 17,4 мм и толщиной «В» стенки в диапазоне от 23,4 до 26,6 мм, обеспечивается повышение надежности шкворневой балки 3 трехосной тележки грузового вагона.

В настоящее время на заявляемую полезную модель в АО «Научно-производственная корпорация «Уралвагонзавод» разработана конструкторская документация и проведены всесторонние испытания.

Claims (2)

1. Шкворневая балка трехосной тележки грузового железнодорожного вагона, содержащая две продольные части и одну поперечную часть, образующие Н-образную отливку, поперечная часть содержит подпятниковое место, концевые лапы на продольных частях, предназначенные для размещения между ними надрессорных балок, и площадку для скользуна, концевые лапы шкворневой балки, расположенные по одну ее сторону, образуют с продольной осью балки острый угол, а концевые лапы, расположенные по другую сторону балки, образуют с ее продольной осью тупой угол, при этом концевые лапы шкворневой балки имеют скосы, отличающаяся тем, что участок стенки скоса концевой лапы выполнен с плавно меняющейся переменной толщиной, увеличивающейся в направлении от края концевой лапы к центральной части шкворневой балки.

2. Шкворневая балка трехосной тележки грузового железнодорожного вагона по п. 1, отличающаяся тем, что толщина А стенки участка скоса концевой лапы выполнена в диапазоне от 14,6 до 17,4 мм, а толщина В стенки участка скоса концевой лапы выполнена в диапазоне от 23,4 до 26,6 мм.