[1] Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к конструкциям рам вагонов для установки емкостей (котлов) при перевозке жидких
грузов.
[2] Известна рама вагона-цистерны, содержащая хребтовую балку, соединенную с двумя шкворневыми и двумя концевыми балками. С каждой стороны рамы концы шкворневых и концевых балок
соединены боковыми балками, образуя две консольные части рамы. Во внутренней части рамы продольные элементы между концами шкворневых балок отсутствуют. Котел опирается на опоры, расположенные на
шкворневых балках, и жестко закреплен лапами к хребтовой балке в средней ее части. Поглощающие аппараты автосцепки установлены внутри хребтовой балки по ее концам [1]
Недостатком указанного
технического решения является то, что при кососимметричном наезде первой и второй тележек на неровности и одновременном приложении к раме продольных сил, напряжения в хребтовой балке во внутренней ее
части вблизи шкворневых балок превышают допустимые и в хребтовой балке появляются трещины. Это явилось одной из причин прекращения производства таких рам для установки цистерн на железных дорогах
России с 1 июля 1994 года.
[3] Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является рама вагона-цистерны, содержащая хребтовую и боковые балки, соединенные между
собой концевыми, шкворневыми и промежуточными поперечными балками. На шкворневых балках жестко закреплены боковые скользуны и пятники-снизу, и опоры котла-сверху. В районе центра тяжести хребтовой
балки сверху жестко закреплены лапы для крепления котла. [2]
Недостаток указанной конструкции заключается в том, что при ударе в автосцепку груженной цистерны инерционные силы от котла,
приложенные к лапам в районе центра тяжести хребтовой балки, направлены навстречу ударной волне. Опыт эксплуатации показал, что суммирование напряжений от удара и инерционных cил от котла происходит
на отрезке хребтовой балки между шкворневыми на расстоянии 100-200 мм от шкворневой балки. Это приводит к появлению трещин на хребтовых балках в этом сечении уже в первые пять лет эксплуатации
рамы.
[4] Боковые балки на участке между шкворневыми балками, существенно повышающие жесткость рамы при ее скручивании, практически не работают при ударе в автосцепку.
[5] Задача
изобретения повышение прочности и надежности рамы вагона-цистерны.
[6] Указанная задача решается в конструкции рамы вагона-цистерны, содержащей хребтовую и боковые балки, соединенные между
собой концевыми, шкворневыми и промежуточными поперечными балками. На шкворневых балках жестко закреплены боковые скользуны, пятники снизу и опоры котла сверху. На хребтовой балке сверху жестко
закреплены лапы.
[7] Согласно изобретению рама снабжена четырьмя раскосами, расположенными попарно между шкворневыми балками и симметрично относительно поперечной оси рамы. Раскосы каждой
пары закреплены одним концом на боковых балкaх, другими
на хребтовой балке под углом "Φ" друг к другу. Угол "Φ" направлен вершиной к центру тяжести рамы. При этом расстояние "a"
от вершины угла "Φ" до центра тяжести рамы и угол "Φ" между раскосами определены соотношениями
а L (0,3oC 0,4)
где L расстояние между пятником и центром тяжести рамы;
l половина базы тележки;
B половина наружней ширины рамы.
[8] Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в восприятии части сжимающей нагрузки раскосами и передачи ее на боковые балки, каждая из которых на участке между
местом крепления раскоса и шкворневой балкой сжимается или растягивается при растягивающих нагрузках.
[9] Это достигается за счет того, что рама снабжена четырьмя раскосами, расположенными
попарно между шкворневыми балками и симметрично относительно поперечной оси рамы, раскосы каждой пары закреплены одним концом на боковых балках, другим на хребтовой балке под углом "Φ" друг к
другу, направленным вершиной к центру тяжести рамы.
[10] Проведенные расчеты и результаты моделирования на ЭВМ показали, что оптимальное расстояние "a" от вершины угла "Φ" до центра
тяжести рамы и угол "Φ" между раскосами определены соотношениями
а L (0,3oC 0,4)
Минимальное расстояние между вершинами углов, образуемых раскосами аmin 2,5 м. При меньшем расстоянии напряжения суммируются в районе крепления лап, что недопустимо.
[11] Максимальное расстояние между пятниками Lmax 10 м. При большем расстоянии наличие рамы нецелесообразно и котел устанавливается непосредственно на тележки.
[12] На фиг.1
изображена рама вагона-цистерны, общий вид; на фиг.2- вид А на фиг.1.
[13] Рама вагона-цистерны содержит хребтовую 1 и две боковые 2 балки, соединенные между собой концевыми 3, шкворневыми
4 и промежуточными 5 балками.
[14] На шкворневых балках жестки закреплены снизу боковые скользуны (на чертеже не показаны), пятники 6 и сверху опоры 7 котла. В средней части хребтовой балки
сверху жестко закреплены лапы 8, удерживающие котел от продольных перемещений.
[15] Рама снабжена четырьмя раскосами 9, расположенными попарно между шкворневыми 4 балками и симметрично
относительно поперечной оси рамы. Раскосы 9 каждой пары закреплены одним концом на боковых 2 балках, другим на хребтовой 1 балке под углом "Φ" друг к другу. Вершины углов "Φ",
образованных каждой парой раскосов 9, направлены к центру тяжести 10 рамы. Расстояние "а" от вершины угла "Φ" до центра тяжести 10 рамы и угол "Φ" определены соотношениями
а L
(0,3oC 0,4)
где L расстояние между пятником и центром тяжести рамы;
l
половина базы тележки;
B половина наружней ширины рамы.
[16] При соударении вагонов хребтовая 1 балка подвергается воздействию направленных навстречу друг другу продольной нагрузки
от ударной волны, передаваемой ей от корпуса поглощающего аппарата автосцепки и инерционных сил от котла цистерны, передаваемых через лапы 8.
[17] Продольная нагрузка от удара в автосцепку
и инерционные силы, действующие встречно, сжимают хребтовую 1 балку на участке от ее центра тяжести 10 до шкворневой 4 балки.
[18] Раскосы 9, установленные на раме, воспринимают часть
сжимающей нагрузки от хребтовой 1 балки и передают ее на боковые 2 балки, которые сжимаются на участке от места крепления раскосов 9 до шкворневой 4 балки и растягиваются на остальном участке.
[19] В результате снижаются напряжения в хребтовой 1 балке и повышаются ее прочность и надежность в работе.
[20] Источники информации, использованные при составлении заявки.
[21] 1. Вагоны. Под ред. Л.А. Шадура 3-е изд. М. Транспорт, 1980, с.345-348.
[22] 2. Казимиров К. В. Вагоны-цистерны. Гострансжелизд М. 1950, с.37-39, 92-93.
