Боковая рама тележки грузового вагона
Для повышения коэффициента запаса усталостной прочности и в целом повышение надежности конструкции литых рам боковая рама содержит верхний пояс замкнутого коробчатого сечения с консолями, образующими буксовые проемы, нижний пояс замкнутого сечения с опорной площадкой для рессорного комплекта, два наклонных пояса замкнутого сечения с технологическими окнами, связывающие верхний и нижний пояса и центральный рессорный проем, ограниченный опорной площадкой для рессорного комплекта нижнего пояса, верхним поясом и наклонными поясами, при этом высота замкнутого коробчатого сечения верхнего пояса надбуксового проема и его ширина находятся в соотношении 1,15÷1,25. Кроме того, часть внутреннего угла буксового проема образована участком наклонного пояса. При этом радиус технологического окна наклонного пояса выполнен таким, что обеспечено отношение расстояния от края технологического окна до края наклонного пояса к ширине наклонного пояса в пределах 0,5÷0,6. 2 з.п. ф-лы, 1 илл.
Полезная модель относится к железнодорожному подвижному составу, в частности к конструкции литой боковой рамы тележки грузового вагона.
Известны различные конструкции боковых рам тележки грузового вагона. В частности, известна боковая рама по патенту США 
6543367, 2003, в которой стенка боковой рамы в месте радиусного сопряжения верхнего и наклонного поясов боковой рамы выполнена увеличенной толщины, также имеются наклонные ребра на каждой из стенок наклонного пояса, подкрепляющие отверстие облегчения.
Известна также боковая рама тележки грузового вагона по патенту США 5546869, 1996 г., содержащая верхний пояс замкнутого сечения с консолями, образующими буксовые проемы, нижний пояс замкнутого сечения с опорной площадкой для рессорного комплекта, два наклонных пояса замкнутого сечения, связывающие верхний и нижний пояса и центральный рессорный проем, ограниченный опорной площадкой для рессорного комплекта нижнего пояса, верхним поясом и наклонными поясами, описана конструкция боковой рамы с подкрепляющими наружными ребрами, изменяющими характер нагружения в зоне сочленения верхнего пояса рамы с ее боковыми поясами
Прототипом полезной модели является боковая рама тележки грузового вагона, содержащая верхний пояс замкнутого сечения с консолями, образующими буксовые проемы, нижний пояс замкнутого сечения с опорной площадкой для рессорного комплекта, два наклонных пояса замкнутого сечения, связывающие верхний и нижний пояса и центральный рессорный проем, ограниченный опорной площадкой для рессорного комплекта нижнего пояса, верхним поясом и наклонными поясами, при этом наружное подкрепляющее ребро расположено в зоне сопряжения верхнего и наклонных поясов (патент Российской Федерации на изобретение 2211127, 2003 г.)
Однако описанные выше аналоги, в том числе прототип, имеют ряд существенных недостатков к основным из которых относится низкий коэффициент запаса усталостной прочности в зоне сопряжения горизонтальной опорной поверхности буксового проема и радиуса, соединяющего наклонный пояс и вертикальную стенку поддомкратной подушки.
Задачей, решаемой полезной моделью, является повышение надежности конструкции литых рам за счет повышения коэффициента запаса усталостной прочности и снижения напряжений в зонах изломов при вертикальных нагрузках.
Литые боковые рамы имеют сложную конструкцию с полыми верхним, нижним и наклонными поясами. Для компенсации возможных дефектов в наиболее опасных зонах на известных конструкциях выполняют ребра или образуют местные утолщения стенок конструкции.
Для решения поставленной задачи изменена форма отдельных элементов боковой рамы, форма описана далее через соотношение размеров. Боковая рама содержит верхний пояс замкнутого коробчатого сечения с консолями, образующими буксовые проемы, нижний пояс замкнутого сечения с опорной площадкой для рессорного комплекта, два наклонных пояса замкнутого сечения с технологическими окнами, связывающие верхний и нижний пояса и центральный рессорный проем, ограниченный опорной площадкой для рессорного комплекта нижнего пояса, верхним поясом и наклонными поясами, при этом высота замкнутого коробчатого сечения верхнего пояса надбуксового проема и его ширина находятся в соотношении 1,15÷1,25. Кроме того, часть внутреннего угла буксового проема образована участком наклонного пояса. При этом радиус технологического окна наклонного пояса выполнен таким, что обеспечено отношение расстояния от края технологического окна до края наклонного пояса к ширине наклонного пояса в пределах 0,5÷0,6.
Техническим результатом от использования заявленной полезной модели является снижение напряжений в зонах изломов при вертикальных нагрузках и, как следствие, повышения коэффициента запаса усталостной прочности и в целом повышение надежности конструкции литых рам.
В заявленном техническом решении задача повышения надежности решается за счет изменения формы отдельных частей рамы. Достижение технического результата обусловлено тем, что за счет увеличения высоты коробчатого сечения верхнего пояса надбуксового проема с увеличенными наружным и внутренним радиусами сечения; увеличена высота сечения наклонного пояса за счет увеличения радиуса технологического окна, изменен радиус внутреннего угла буксового проема с заменой вертикального пояса на участок наклонного пояса с радиусом переходящим в поддомкратную подушку; увеличено наружное усиление внутреннего угла буксового проема. Внесенные в конструкцию боковой рамы изменения, увеличивающие площадь поперечного сечения в опасной зоне верхнего и наклонного поясов буксового проема, позволили тем самым ослабить усилия излома и заменить их на менее опасные растягивающие усилия. Ослаблению усилия излома также способствуют увеличение радиуса внутреннего угла буксового проема и замена вертикального пояса на участок наклонного пояса с радиусом переходящим в поддомкратную подушку и увеличение наружного усиления внутреннего угла буксового проема.
Выполнение отверстия во внутренней челюсти призвано частично компенсировать увеличение массы, связанное с увеличением площадей поперечного сечения верхнего и наклонного поясов.
Проведенные расчеты показали, что предложенная конструкция боковой рамы позволяет уменьшить уровень напряжений во внутреннем углу буксового проема не менее 36% при действии продольных нагрузок и не менее 30% при действии вертикальных нагрузок.
Отличительной особенностью усиленной конструкции боковой рамы является увеличение коэффициента запаса ее усталостной прочности по сравнению с рамой ЧЛЗ-100.00.002-4 до 32%. При этом они полностью взаимозаменяемы и не требуют введения изменений в технологию сборки тележек.
Проведенный полный комплект испытаний усиленной боковой рамы вагонной тележки показал, что коэффициент запаса усталостной прочности составил 2, при норме 1,8. Увеличение запаса усталостной прочности обеспечивает уменьшение отказов вагонных тележек вследствие износа или дефекта рам и увеличение срока боковой рамы и соответственно - срока эксплуатации вагонов.
Другим техническим результатом, с технологической точки зрения, является то, что усиление конструкции боковой рамы упрощает технологию изготовления рамы. Стержни, используемые для изготовления форм рамы предложенной конструкции более прочные в опасном сечении, и их брак, связанный с поломкой сведен к минимуму. Увеличение внутренних радиусов коробчатого сечения верхнего пояса позволяет устранить усадочные рыхлоты и обеспечить равномерную по сечению плотность металла отливки, что также влияет на увеличение коэффициента запаса ее усталостной прочности.
Полезная модель поясняется чертежами
На фиг.1 - боковая рама, главный вид.
На фиг.2 - общий вид боковой рамы.
На фиг.3 - фрагмент фиг.2.
На фиг.4 - фрагмент рамы, на котором показана увеличенная высота сечения наклонного пояса за счет увеличенного радиуса технологического окна.
На фиг.5 - сечение аналога - боковой рамы ЧЛЗ-100.00.002-4 по коробчатому сечению консоли.
На фиг.6 - сечение А-А фиг.4 (увеличенное по высоте коробчатое сечение консоли).
Боковая рама тележки грузового вагона предназначена, преимущественно, для тележки двухосных грузовых вагонов магистральных железных дорог колеи 1520 мм модели 18-100 с нагрузкой на ось 23,5 т.
Боковая рама тележки грузового вагона состоит из верхнего пояса 1 с консолями 2, образующими буксовые проемы 3, нижнего пояса 4 замкнутого сечения с опорной площадкой 5 для рессорного комплекта. Два наклонных пояса 6 и 7 с ребрами жесткости и технологическими окнами 8 и 9 связывают верхний 1 и нижний пояс 4. Центральный рессорный проем 10 ограничен опорной площадкой 5 для рессорного комплекта нижнего пояса 4 верхним поясом 1 и вертикальным поясом 10.
Боковая рама имеет увеличенные по высоте коробчатого сечения консоли 2 с увеличенными внутренними и наружными радиусами, что обеспечено выполнением отношения высоты h коробчатого сечения верхнего пояса надбуксового проема к его ширине b в пределах 1,15÷1,25.
Внутренний угол буксового проема 3 может быть дополнительно усилен за счет подбора размера ребра жесткости 11. В конструкции рамы увеличена высота сечения наклонного пояса 6 (и 7) за счет увеличенного радиуса технологического окна 8 (и 9) - см. место А фиг.2, а радиус R внутреннего угла буксового проема 3 выполнен с переходом его в линию наклонного пояса 6 (и 7) с поддомкратной подушкой так, что обеспечено отношение расстояния S от края технологического окна до края наклонного пояса к ширине наклонного пояса в пределах 0,5÷0,6
Усиленная боковая рама тележки грузового вагона изготавливается на автоматической формовочной линии в песчано-глинистые формы или вакуумно-пленочной формовкой. Стержни для формирования внутренних полостей отливки и отдельных ее частей изготавливают на стержневых автоматах с продувкой триэтиламином.
1. Боковая рама тележки грузового вагона, содержащая верхний пояс замкнутого сечения с консолями, образующими буксовые проемы, нижний пояс замкнутого сечения с опорной площадкой для рессорного комплекта, два наклонных пояса замкнутого сечения с технологическими окнами, связывающие верхний и нижний пояса и центральный рессорный проем, ограниченный опорной площадкой для рессорного комплекта нижнего пояса, верхним поясом, отличающаяся тем, что высота коробчатого сечения верхнего пояса надбуксового проема и его ширина находятся в соотношении 1,15÷1,25.
2. Боковая рама по п.1, отличающаяся тем, что часть внутреннего угла буксового проема образована участком наклонного пояса.
3. Боковая рама по п.1, отличающаяся тем, что радиус технологического окна наклонного пояса выполнен таким, что обеспечено отношение расстояния от края технологического окна до края наклонного пояса к ширине наклонного пояса в пределах 0,5÷0,6.
