Железнодорожная платформа для перевозки крупнотоннажных контейнеров

Полезная модель относится к железнодорожному подвижному составу и касается конструкции вагонов-платформ, предназначенных для перевозки крупнотоннажных контейнеров (длиной 20, 30 и 40 футов). Вагон-платформа содержит ходовые части, на которых установлена рама с размещенными на ней автосцепными устройствами, тормозным оборудованием и упорами (устройствами) для закрепления контейнеров. Рама платформы выполнена длиннобазной и представляет собой жесткую сварную конструкцию, содержащую хребтовую балку, шкворневые, среднюю поперечную, первые и вторые поперечные балки, концевые балки и боковые продольные обвязки; на концах поперечных балок установлены откидывающиеся фитинговые упоры а на концевых балках - жесткие. Особенность рамы заключается в том, что наиболее нагруженные элементы хребтовой и промежуточных балок изготовлены из стали высшего класса прочности, а менее нагруженные - из стали среднего класса прочности. Особенности построения основных несущих элементов в совокупности с применяемыми материалами позволили достичь хороших параметров платформы: тара - не более 22 тн., грузоподъемность - 72 тн. Прогиб середины рамы при перевозке двух груженых 40-футовых контейнеров - 22,8 мм, трех груженых 20-ти футовых контейнеров, равномерно распределенных по длине платформы, - 25,5 мм, а четырех 20-т футовых контейнеров - 22,6 мм. Расчетный коэффициент запаса сопротивления усталости - не менее нормативной величины 1,8.

Описание полезной модели

Полезная модель относится к железнодорожному подвижному составу и касается грузовых вагонов, предназначенных для перевозки крупнотоннажных контейнеров (длиной 20, 30 и 40 футов).

Известны вагоны для перевозки крупнотоннажных контейнеров [1], [2] представляющие собой платформу, содержащую ходовые части, раму, установленную на тележки, автосцепные устройства, тормозное оборудование и упоры (устройства) для закрепления контейнеров. Рама этих платформ содержит хребтовую, продольные боковые, концевые, шкворневые и поперечные балки. Стационарные и откидывающиеся упоры (устройства) для закрепления контейнеров установлены сверху на продольных боковых балках.

Недостатком такой конструкции является низкая грузоподъемность при сравнительно высокой металлоемкости, вызванной наличием хребтовой балки из двутаврового или зетового профиля и продольных боковых балок по всей длине вагона.

Известна также железнодорожная платформа для перевозки крупнотоннажных контейнеров [3], содержащая раму, установленную на тележки,. автосцепные устройства и тормозное оборудование. Рама состоит из укороченной хребтовой балки и боковых продольных балок, связанных с хребтовой с помощью раскосов, концевых и шкворневых балок. Между боковыми продольными балками расположены поперечные промежуточные балки, на которых установлены упоры (устройства) для закрепления контейнеров.

Недостатком такой платформы является установка контейнеров между боковыми продольными балками, которые возвышаются над упорами (устройствами) для закрепления контейнеров, что затрудняет погрузку и доступ обслуживающего персонала к этим устройствам, а также их визуальный осмотр для проверки правильности установки контейнеров.

Известна платформа для перевозки крупнотоннажных контейнеров [4], содержащая раму, установленную на тележки, автосцепные устройства и тормозное оборудование. Рама этой платформы состоит из укороченной хребтовой балки, боковых продольных балок, концевых, шкворневых и поперечных промежуточных балок. Боковые продольные балки имеют в средней части коробчатый профиль, а на участке от шкворневой балки до концевой - переменный двутавровый профиль, суженный возле концевого сечения рамы платформы.

Недостатком такой конструкции рамы платформы является низкая несущая способность концевого сечения рамы и большая длина по осям сцепления автосцепок, что увеличивает длину состава при равном количестве вагонов.

В качестве прототипа выбраны платформы для перевозки крупнотоннажных контейнеров [5], содержащие ходовую часть, тормозную систему и несущую раму, которая включает в себя хребтовую балку, боковые, шкворневые, лобовые и поперечные балки. Между лобовыми и шкворневыми балками установлены раскосы. На боковых балках смонтированы опрокидывающиеся, а на лобовых - неподвижные упоры для установки контейнеров.

Хребтовая балка выполнена из двух двутавров переменного сечения и усилена в нижней части плитами, установленными и закрепленными в ее средней части. Двутавры хребтовой балки выполнены с разрезами вдоль по оси симметрии и жестко соединены между собой посредством вставок, выполненных из перфорированных листов. Боковые балки выполнены из двутавров 30Ш2. Между хребтовой и боковыми балками установлены диафрагмы, усиленные вертикальными и наклонными ребрами жесткости.

Недостатком этой конструкции является низкая грузоподъемность при сравнительно высокой металлоемкости, вызванной наличием хребтовой балки из двутаврового профиля и боковых балок из двутавра 30Ш2 по всей длине вагона.

Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что для снижения тары и, соответственно, увеличения грузоподъемности, при увеличении жесткости рамы платформы и, следовательно, уменьшении статического прогиба под тарой, что приводит к увеличению собственной частоты изгибных колебаний рамы, рама платформы выполнена из хребтовой балки переменного по длине в вертикальной плоскости сечения. В горизонтальной плоскости она имеет в средней части коробчатое сечение, а в промежутках между шкворневыми и вторыми поперечными балками - состоит из дух разделенных по вертикальной оси симметрии двутавров с несимметричным расположением нижних горизонтальных полок относительно их вертикальных стенок. В консольную часть хребтовой балки вмонтированы ударно-тяговые устройства. На концевых балках расположены стационарные фитинговые узлы. Шкворневая балка имеет коробчатое, переменное по высоте сечение. Промежуточные балки ТТ-образного переменного по высоте сечения вертикальными листами опираются на нижние полки двутавров хребтовой балки. Верхний горизонтальный лист поперечных балок соединен с верхними полками двутавров хребтовой балки через продольные прорези (вдоль продольной оси вагона) непрерывными сварными швами, так называемыми «прорезными» швами [8]. На концах шкворневых и поперечных балок размещены откидные, вдоль продольной оси вагона, фитинговые узлы для установки контейнеров. Платформа оснащена тормозной системой с раздельным приводом на каждую тележку. Оба привода установлены с одной стороны хребтовой балки. Общий для всей тормозной системы воздухораспределитель совместно с запасным резервуаром расположен с противоположной стороны хребтовой балки.

Боковая обвязка рамы, выполненная из гнутого швеллера, предназначена для крепления подножки сцепщика и выполняет функции ограждающего элемента, препятствующего попаданию обслуживающего персонала в зону между поперечными балками, например, при маневровом движении порожних платформ.

Для равномерной передачи ударных продольных нагрузок в консольной части рамы установлены раскосы, которые соединяют хребтовую балку в районе заднего упора и шкворневую - в районе скользунов.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание конструкции рамы платформы для перевозки крупнотоннажных контейнеров, достаточной прочности и обеспечивающей минимальный статический прогиб при максимальной (до 72 тонн) грузоподъемности.

Поставленная задача решается следующим образом. Общеизвестно, что эффективность работы балок работающих на изгиб, в основном зависит от расположения материала в поперечном сечении конструкции по отношению к нейтральной оси сечения. Поэтому для уменьшения статического прогиба рамы необходимо разнести материал от нейтральной оси на возможно максимальное расстояние для обеспечения необходимой прочности конструкции. В этих зонах наиболее эффективно будут работать элементы из сталей наивысшего класса прочности. А для элементов, расположенных вдоль нейтральной оси и имеющих существенно меньшее напряженное состояние, возможно применение сталей среднего класса прочности.

Верхняя и нижняя полки двутавров хребтовой балки, вертикальные листы двутавров в консольной части хребтовой балки, верхние горизонтальные листы поперечных балок выполнены из стальных листов наивысшего класса прочности с пределом текучести 500-600 Н/мм² [7]. Шкворневая балка, вертикальные листы двутавров хребтовой балки на участке между шкворневыми балками и остальные элементы рамы изготовлены из стальных листов класса прочности 345 [6].

Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами, где изображены:

на фиг.1 - общий вид платформы (две проекции);

на фиг.2 - вид хребтовой балки по сечению А-А;

на фиг.3 - вид хребтовой балки по сечению Б-Б;

на фиг.4 - разрез рамы платформы по В-В;

на фиг.5 - вид поперечной балки сверху в изометрии;

на фиг.6 - часть концевой балки с расположенным на ней стационарным фитинговым упором (в изометрии).

Заявляемая железнодорожная платформа для перевозки крупнотоннажных контейнеров 1 содержит раму 2, ходовые части 3, автосцепные устройства 4 и тормозное оборудование с раздельным приводом на каждую тележку 5 с общим воздухораспределителем 6 и запасным резервуаром 7. Рама платформы 2 выполнена длиннобазной и представляет собой жесткую сварную конструкцию. Рама содержит хребтовую балку 8, шкворневые балки 9, среднюю поперечную балку 10, первые 11 и вторые 12 поперечные балки, концевые балки 13 и боковые продольные обвязки 14. На концах поперечных балок установлены откидывающиеся фитинговые упоры 15 а на концевых балках - жесткие 16 (Фиг.6). Между поперечными балками и боковыми обвязками установлены Г-образные упоры 17 для опоры фитинговых упоров в откинутом (транспортном) положении.

Хребтовая балка 8 образована двумя двутаврами 18 (фиг.2 и 3) сварной конструкции. На участке между вторыми поперечными балками 12, она имеет замкнутое коробчатое сечение 19 (фиг.3), а между шкворневыми и вторыми промежуточными балками (Фиг.2) - двутавры 18 расположены симметрично относительно вертикальной продольной оси и имеют разные по ширине зазоры между верхними и в - нижними полками. Нижние полки 20 двутавров не симметричны относительно вертикальных стенок:.

Для равномерной передачи ударных продольных нагрузок в консольной части рамы платформы установлены раскосы 21, которые соединяют хребтовую балку 8 в районе заднего упора со шкворневой балкой 9 в районе скользунов.

Средняя, первые и вторые поперечные балки (Фиг.4 и Фиг.5) образованы прямоугольными горизонтальными листами 22 из стали высшего класса прочности, опирающихся в средней части на хребтовую балку 8 и соединенные с нею через продольные прорези, расположенные параллельно продольной оси платформы, непрерывными сварными швами 23, так называемыми, «прорезными» швами [8]. В промежутке между хребтовой балкой 8 и боковыми обвязками 14, горизонтальные листы 22 подкрепляются вертикальными листами 24, которые, в свою очередь, опираются на верхние поверхности нижних полок 20 двутавров хребтовой балки и привариваются к вертикальным стенкам двутавров 18. Наклонные торцовые поверхности 25 вертикальных листов 24 представляют собой дуги окружности большого радиуса. Радиус окружности поверхностей 25 для средней промежуточной балки 10 и первых 11 и вторых 12 промежуточных балок определяется из условий обеспечения достаточной прочности от действия эксплуатационных нагрузок. В зонах наименьших напряжений в вертикальных листах 24 выполнены треугольные со. округлениями в углах отверстия 26, существенно снижающие массу листов. Боковые обвязки 14 изготовлены из гнутого Профиля и выполняют функцию ограждающего устройства, препятствующего попаданию обслуживающего персонала в зоны между поперечными балками платформы, прежде всего при маневровых работах и роспуске вагонов на сортировочных горках.

Технический результат предлагаемой полезной модели выражается в рациональном проектировании, в том числе, применение в наиболее напряженных элементах хребтовой и поперечных балок стали наивысшего класса прочности. Это приводит к уменьшению статического прогиба рамы платформы, повышению собственной частоты ее изгибных колебаний и уменьшению металлоемкости. Повышается грузоподъемность вагона-платформы до 72 тонн, снижаются напряжения в опасных сечениях конструкции, а значит увеличивается срок службы платформы. Снижается время погрузки-выгрузки контейнеров и обеспечивается удобство работы персонала при обслуживании и ремонте.

Источники информации

1. www.fips.ru. Патент РФ 2314221 С2. Вагон-платформа для контейнеров.

2. www.ruzhim.ru. Платформа для перевозки крупнотоннажных контейнеров модель 13-1281-01.

3. www.fips.ru. Патент РФ 2288121 С1. Железнодорожная платформа для перевозки крупнотоннажных контейнеров.

4. www.azovmash.com. Вагон-платформа модель 13-1796 для крупнотоннажных контейнеров (опорная длина платформы 80 футов).

5. Патенты на полезную модель RU 60457 U1 и RU 50495 U1. Железнодорожная платформа для перевозки контейнеров.

6. ГОСТ 19281-89. Прокат из стали повышенной прочности. Общие технические условия.

7. ТУ 14-1-5351-97. Прокат толстолистовой из низколегированной стали категории прочности Х70 для электросварных прямошовных труб диаметром 1420 мм. Технические условия.

8. Технология и оборудование сварки плавлением и термической резки: Учебник для вузов. А.И.Акулов, В.П.Алехин, С.И.Ермаков и др. М.: Машиностроение, 2003.

1. Платформа для перевозки крупнотоннажных контейнеров, содержащая раму, тележки, автосцепные устройства и тормозное оборудование с раздельным приводом на каждую тележку и общим воздухораспределителем с запасным резервуаром; рама платформы выполнена длиннобазной и представляет собой жесткую сварную конструкцию, в наиболее напряженных элементах которой применены стали наивысшего класса прочности, состоит из хребтовой балки переменного по длине в вертикальной плоскости сечения, образованной двумя сварными двутаврами, шкворневых, средней, первых и вторых поперечных балок, концевых балок и боковой продольной обвязки; на концах шкворневых, средней, первых и вторых поперечных балок установлены откидывающиеся фитинговые упоры, а на концевых балках - жесткие, отличающаяся тем, что на участке между вторыми поперечными балками хребтовая балка имеет замкнутое коробчатое сечение, а между шкворневыми и вторыми промежуточными балками двутавры расположены симметрично относительно вертикальной продольной оси и имеют разные по ширине зазоры, a - между верхними и b - нижними полками.

2. Платформа для перевозки крупнотоннажных контейнеров по п.1, отличающаяся тем, что нижние полки сварных двутавров, образующих хребтовую балку, расположены несимметрично относительно вертикальных стенок.

3. Платформа для перевозки крупнотоннажных контейнеров по п.1, отличающаяся тем, что средняя, первая и вторая промежуточные балки в поперечном сечении имеют ТТ-образную форму, незамкнутую в нижней части.

4. Платформа для перевозки крупнотоннажных контейнеров по п.1, отличающаяся тем, что горизонтальные листы средней, первой и второй поперечных балок опираются на верхние полки двутавров и сварены с ними через прорези, расположенные параллельно продольной оси платформы.

5. Платформа для перевозки крупнотоннажных контейнеров по п.1, отличающаяся тем, что каждый горизонтальный лист средней, первой и второй поперечных балок снизу подкреплен четырьмя вертикальными листами, по два с каждой стороны, которые опираются на верхние поверхности нижних полок двутавров.

6. Платформа для перевозки крупнотоннажных контейнеров по п.1, отличающаяся тем, что криволинейная поверхность вертикальных листов средней, первой и второй поперечных балок имеет форму дуги окружности большого радиуса, величина которого определяется из условия обеспечения достаточной прочности от действия эксплуатационных нагрузок при перевозке контейнеров разной длины.

7. Платформа для перевозки крупнотоннажных контейнеров по п.1, отличающаяся тем, что раздельные приводы тормоза на каждую тележку расположены с одной стороны хребтовой балки, а общий для них воздухораспределитель и запасный резервуар - с другой стороны.

8. Платформа для перевозки крупнотоннажных контейнеров по п.1, отличающаяся тем, что между средней, первой и второй поперечными балками и боковыми обвязками установлены Г-образные упоры для опоры фитинговых упоров в транспортном положении.