Вагон для перевозки тяжеловесных грузов
В вагоне для перевозки тяжеловесных грузов, содержащем две тележки (1) и (2) в разных его концах и опирающуюся на них раму (3) кузова (4), включающую в себя боковые продольные балки, торцевые стенки, а в местах опирания рамы на тележки поперечные балки (5) и (6) со шкворневыми отверстиями (7) и (8) круглого сечения, по середине кузова установлена дополнительная поперечная балка(9), под нее подведена еще одна тележка (10), отверстие (14) в балке (9) под шкворень (12) этой тележки выполнено в виде паза, вытянутого в направлении продольной оси дополнительной балки так, что концы паза равноудалены от середины балки, а общая его длина l отвечает соотношению:
,
где В, мм, - расстояние между крайними осями вагона;
r, мм, - радиус круга катания колеса;
h, мм, - высота реборды колеса;
h0, мм, - расстояние от поверхности катания головки рельса до уровня его боковой рабочей грани, в котором измеряется ширина колеи;
Rmin, мм, - минимальный радиус вписывания вагона по паспортным данным;
d, мм, - диаметр шкворня;
, мм, - конструктивный запас,
за счет чего повышается грузоподъемность и коэффициент использования емкости тары вагона. 4 ил.
Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта и предназначается для конструктивного совершенствования подвижного состава для перевозки тяжеловесных грузов.
Здесь и далее под тяжеловесными грузами понимаются грузы из материалов, обладающих удельными весами 
порядка 5-10 Т/м3. Если при
перевозке в обычных грузовых вагонах, например, древесины, у которой в зависимости от пород и влажности колеблется в пределах от 0,5 до 1 Т/м3 , коэффициент заполнения тары обычно близок к единице, то при погрузке металла (прокат, слябы, блюмсы, чушковый чугун), железобетона (блоки, плиты, панели) и других тяжеловесных материалов резерв грузоподъемности тех же вагонов оказывается полностью исчерпанным при заполнении их полезной емкости тары на 30-40%. Известно, что всякое снижение коэффициента использования емкости тары повышает потребность в подвижном составе. Длина поезда, состоящего из полупустых вагонов, увеличивается, а вместе с ней возрастают и сила тяги, и энергозатраты. Все это отрицательно сказывается на экономических показателях перевозочного процесса, и, в конечном счете, на себестоимости тонно-километра перевезенных грузов.
Известна конструкция грузового вагона в виде железнодорожной платформы (Патент РФ №2283789. В61Д 3/00. Оборудование железнодорожной платформы для перевозки цельнокатанных колес вагонов или колесных центров локомотивов. 2006 г.), содержащая несущую раму с укрепленными на ней штырями, позволяющими использовать для размещения грузов практически все пространство в пределах габаритов подвижного состава. Однако расчеты показывают, что при заполнении всего этого пространства массивными стальными колесами общий вес груза в 3-4 раза превысит грузоподъемность платформы и допустимые нагрузки, передаваемые на рельсы и подрельсовое основание. Таким образом, недостатком конструкции является то, что она предназначена для перевозки только тяжеловесных грузов, но именно при этих грузах полезное грузовое пространство и устройства для размещения грузов в этом пространстве могут быть задействованы менее, чем на половину, что свидетельствует о крайне низкой эффективности конструкции.
Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению является конструкция вагона (Патент РФ №2243917. В61Д 39/01. Железнодорожный грузовой вагон. 2005 г.), содержащего две тележки в разных его концах и опирающуюся на них раму кузова, включающую в себя боковые продольные балки, торцевые стенки, а в местах опирания рамы на тележки поперечные балки со шкворневыми отверстиями круглого сечения.
Вагон универсален. В отличие от вышеприведенного аналога, он предназначен для перевозки широкой номенклатуры грузов. Но, в силу ранее указанных причин, чем больше удельный вес материалов этих грузов, тем ниже коэффициент использования полезного объема его тары. И недостаток конструкции заключается в том, что при перевозке тяжеловесных грузов грузоподъемность вагона не обеспечивает возможность эффективного использования его грузового пространства. Вагоны с металлом, искусственным и природным камнем следуют полупустыми.
При разработке полезной модели решалась задача повышения грузоподъемности вагона для более эффективного использования его емкости тары при транспортировке тяжеловесных грузов.
Результат решения задачи заключается в том, что в вагоне для перевозки тяжеловесных грузов, содержащем две тележки в разных его концах и опирающуюся на них раму кузова, включающую в себя боковые продольные балки, торцевые стенки, а в местах опирания рамы на тележки поперечные балки со шкворневыми отверстиями круглого, согласно данному предложению, по середине рамы кузова установлена дополнительная поперечная балка, под нее подведена еще одна тележка, отверстие в балке под шкворень этой тележки выполнено в виде паза, вытянутого в направлении продольной оси дополнительной балки так, что концы паза равноудалены от середины балки, а общая его длина l отвечает соотношению:
,
где В, мм, - расстояние между крайними осями вагона;
b, мм, - жесткая база тележки;
r, мм, - радиус круга катания колеса;
h, мм, - высота реборды колеса;
h0, мм, - расстояние от поверхности катания головки рельса до уровня его боковой рабочей грани, в котором измеряется ширина колеи;
Rmin , мм, - минимальный радиус вписывания вагона по паспортным данным;
d, мм, - диаметр отверстия под шкворень;
, мм, - конструктивный запас.
Суть предлагаемого технического решения раскрывается с помощью иллюстраций:
Фиг.1. - Грузовой вагон предлагаемой конструкции.
Фиг.2. - Рама кузова.
Фиг.3. - Расчетная схема для определения поперечных перемещений средней тележки для вписывания в кривые.
Фиг.4. - Расчетная схема для определения забега гребня колеса в кривой.
Грузовой вагон на фиг.1 и 2 содержит тележки 1 и 2 в разных его концах и опирающуюся на них раму 3 кузова 4. Рама 3 включает в себя две поперечные балки 5 и 6, установленные в местах опирания рамы 3 на тележки 1 и 2 со шкворневыми отверстиями 7 и 8 круглого сечения и расположенную между ними дополнительную поперечную балку 9, которая неподвижно закреплена по середине рамы 3 кузова 4. Под эту балку подведена еще одна тележка 10, что позволяет повысить грузоподъемность вагона и коэффициент использования емкости кузова 4.
Для того, чтобы обеспечить свободное вписывание в кривые экипажа с тремя тележками, балки 5, 6 и 9 соединены с тележками 1, 2 и 10 шарнирно вертикальными шкворнями 11, 12 и 13 (сечения шкворней зачернены), из которых крайние (11 и 13) установлены в отверстия 7 и 8 круглого поперечного сечения, а средний (12) - в отверстие 14, которое выполнено в виде паза, вытянутого в направлении продольной оси балки 9. При проходе по кривым все три тележки 1, 2 и 10 занимают наиболее удобное положение для вписывания экипажа, свободно поворачиваясь на необходимые углы вокруг шкворней соответственно 11, 12 и 13, а тележка 10 к тому же имеет возможность сдвижки в поперечном направлении вместе со шкворнем 12, перемещающимся в продолговатом отверстии 14. Однако, если длина l этого отверстия - паза 14 будет недостаточной, то шкворень 12 упрется в один из концов паза 14 и полезная модель окажется неработоспособной, т.к. либо будет срезан шкворень 12, либо тележка 10 окажется в заклиненном положении. Чтобы этого не произошло, длина l должна быть назначена с учетом минимального радиуса Rmin кривой, установленного паспортом для данного вагона, и конструктивных размеров основных элементов его ходовых частей.
Из фиг.2:
где с, мм - поперечное перемещение средней тележки 10 при проходе кривой радиуса Rmin;
d, мм, - диаметр шкворня 12;
, мм, - конструктивный запас, учитывающий допуски на изготовления и износ основных деталей пути и ходовых частей экипажа.
По фиг.3:
x и x', мм, - стрелы прогиба упорной нитки кривой радиуса Rmin на длинах хорд соответственно MN и mn; хорда MN стягивает точки контакта с рельсами гребней крайних колес вагона, хорда mn - стягивает точки контакта с рельсами колес средней тележки 10.
где В, мм, - расстояние между крайними осями 15, 16 вагона;
b, мм, - жесткая база тележки 10;
R min, мм, - минимальный радиус вписывания вагона по паспортным данным;
X, мм, - забег реборды колеса в кривой, определяемый из треугольника OEF на фиг.4:
где r, мм, - радиус круга 19 катания колеса 18;
h, мм, - высота реборды 17 колеса 18;
h 0, мм, - расстояние от поверхности 20 катания головки 21 рельса 22 до уровня 23 его боковой рабочей грани 24, в котором измеряется ширина колеи пути.
Подставляем (2)-(5) в (1):
После несложных преобразований получаем:
В ответственных несущих конструкциях, какой, в частности, является шкворневая балка 9, размеры отверстий, пазов и других выработок, ослабляющих сечения элементов, выбираются минимальными, чтобы свести к минимуму напряжения в конструкции. С этой точки зрения, длина l паза 14, вычисляемая по (7), является оптимальной, обеспечивающей, с одной стороны, безотказную работу полезной модели, с другой, минимальные напряжения в шкворневой балке 9.
Устройство работает следующим образом.
По прямым участкам путей все тележки 1, 2 и 10 вагона движутся в створе друг за другом. В кривых под действием боковых сил взаимное положение тележек относительно друг друга устанавливается в соответствии с формой направляющих рельсовых ниток колеи, как это показано на фиг.3, шкворни 11 и 13 тележек соответственно 1 и 2 остаются по середине рамы 3 кузова 4 (на продольной его 25 симметрии), а шкворень 12 тележки 10
перемещается в пазе 14 от оси 25 в сторону наружной нитки кривой. При этом каждая из тележек 1, 2 и 10 за счет некоторого поворота вокруг своих шкворней 11, 12 и 13 продолжает двигаться вдоль рабочего канта наружного рельса, не оказывая дополнительного сопротивления этому движению.
Таким образом, предлагаемое техническое решение предусматривает увеличение числа опорных осей вагона при обеспечении его функциональных качеств. Это позволяет повысить грузоподъемность и коэффициент заполнения тары вагона при сохранении осевых нагрузок, передаваемых на путь, в пределах установленных норм.
Нам не известно технических решений, обеспечивающих повышение грузоподъемности вагона посредством установки дополнительной средней тележки с возможностью ее поперечного перемещения при вписывании в кривые. Работы, начатые университетом в этом направлении, позволят нашей промышленности с минимальными затратами на освоение новой серии транспортных средств пополнить номенклатуру парка подвижного состава специализированными вагонами, гарантирующими снижение себестоимости перевозок изделий из металла, природного и искусственного камня, а также других тяжеловесных материалов, потребность в которых по мере развития нашего хозяйства с каждым годом увеличивается.
Вагон для перевозки тяжеловесных грузов, содержащий две тележки в разных его концах и опирающуюся на них раму кузова, включающую в себя боковые продольные балки, торцевые стенки, а в местах опирания рамы на тележки поперечные балки со шкворневыми отверстиями круглого сечения, отличающийся тем, что по середине рамы кузова установлена дополнительная поперечная балка, под нее подведена еще одна тележка, отверстие в балке под шкворень этой тележки выполнено в виде паза, вытянутого в направлении продольной оси дополнительной балки так, что концы паза равноудалены от середины балки, а общая его длина l отвечает соотношению
где В - расстояние между крайними осями вагона, мм;
r - радиус круга катания колеса, мм;
h - высота реборды колеса, мм;
h0 - расстояние от поверхности катания головки рельса до уровня его боковой рабочей грани, в котором измеряется ширина колеи, мм;
R min - минимальный радиус вписывания вагона по паспортным данным, мм;
d - диаметр шкворня, мм;
- конструктивный запас, мм.
