Результат интеллектуальной деятельности: БОКОВАЯ РАМА ТЕЛЕЖКИ ГРУЗОВОГО ВАГОНА

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к железнодорожному подвижному составу, в частности к конструкции литой боковой рамы тележки грузового вагона.

Уровень техники

Известны различные конструкции боковых рам тележки грузового вагона. В частности, на чертеже (фиг.1) к патенту Российской Федерации на изобретение №2211127, 2003 г. изображена 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.

Рама боковая трехэлементной тележки по патенту Российской Федерации на полезную модель №65006, 2007 г. выполнена в виде стальной отливки или сварной конструкции. В средней части боковой рамы расположен проем для центрального рессорного комплекта, а по концам - проемы для буксовых узлов колесных пар открытого или закрытого типа, при этом, согласно чертежу к патенту, наружное подкрепляющее ребро расположено в зоне сопряжения верхнего и наклонных поясов боковой рамы.

В патенте США №6543367, 2003 г. 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, а в патенте США №4351242, 1982 г., в месте сопряжения верхнего и наклонных поясов боковой рамы приварены усиливающие накладки.

Ближайшим аналогом изобретения является 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,

в которой конструкция боковой рамы выполнена с подкрепляющими наружными ребрами, изменяющими характер нагружения в зоне сочленения верхнего пояса рамы с ее боковыми поясами (фиг.2 и 2А).

К недостаткам приведенных выше аналогов, в том числе ближайшего аналога, относится недостаточная прочность рамы в зоне сопряжения нижней стенки верхнего пояса с наклонным поясом, все случаи поломки рам при испытаниях и эксплуатации связаны с превышением допустимых напряжений в нижней части рамы на указанном участке сопряжения наклонных поясов с верхним поясом, в зоне технологических окон и внутренней радиусной части буксового проема.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является повышение надежности конструкции литых рам, повышение коэффициента запаса сопротивления усталости.

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.

В заявленном изобретении задача повышения надежности и повышения коэффициента запаса сопротивления усталости решается за счет изменения конструкции рамы, обеспечивающей создание условий для равномерной кристаллизации всех пяти стенок и получение плотного металла без усадочных рыхлот в наружных и внутренних стенках для упрочнения данного узла.

Для решения поставленной задачи боковая рама, 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 и наклонными поясами, снабжена симметрично расположенными относительно оси рамы изогнутыми (криволинейными) внутренними ребрами-перемычками, соединяющими боковые стенки рамы, причем каждое ребро проходит от, по меньшей мере, части верхнего пояса к, по меньшей мере, части наклонного пояса, включая зону перехода от верхнего пояса к наклонному вблизи технологического окна.

Техническим результатом от использования изобретения является повышение надежности и долговечности конструкции, улучшение конструкционной прочности рамы за счет устранения рыхлот и усадочных раковин в местах перехода от верхнего пояса к наклонному, снижения напряжений, увеличения устойчивости боковых стенок при нагрузке.

Достижение указанного технического результата обусловлено применением определенных подходов к конструкции и технологии изготовления боковой рамы, которые в совокупности обеспечивают выход качественной продукции. Технология производства литых боковых рам направлена на исключение наиболее распространенных дефектов, вызывающих разрушение литых боковых рам - рыхлот и усадочных раковин. Известно, что в области перехода от наклонных поясов к верхним поясам образуются тепловые узлы, которые концентрируют усадочную пористость и иные литейные дефекты. Утолщение нижних стенок верхних поясов или введение наружных подкрепляющих ребер не повышают прочность до желаемой, но при этом увеличивают массу в области тепловых узлов, что увеличивает вероятность возникновения в этих местах упомянутых дефектов.

Для достижения указанного выше технического результата в заявленную конструкцию боковой рамы введено внутреннее ребро-перемычка, соединяющее боковые стенки верхнего пояса (по крайней мере, части верхнего пояса), зоны перехода от верхнего пояса к наклонному поясу и боковые стенки наклонного пояса (по крайней мере, части наклонного пояса). Введение ребра-перемычки в конструкцию рамы позволило, с одной стороны, повысить устойчивость боковых стенок рамы в зоне подкрепления ребром и снизить величину напряжений за счет увеличения площади поперечного сечения, а, с другой стороны, как показали исследования, создать в этом месте условия для равномерной кристаллизации и тем самым исключить возникновение литейных дефектов.

Для достижения технического результата в конструкцию боковой рамы внесены изменения, позволившие, одновременно с чисто конструктивными преимуществами (повышение устойчивости боковых стенок рамы, увеличение площади поперечного сечения), использовать свойства литой заготовки, обусловленные конструкцией рамы, т.е. технологические преимущества неразрывно связанные с предложенными изменениями конструкции. Заявленные изменения конструкции рамы позволили создать условия для равномерной кристаллизации при охлаждении отливок. Тем самым было снижено отрицательное воздействие от увеличения массы металла в области тепловых узлов и полностью реализованы преимущества от введения дополнительного ребра-перемычки, при этом повышение прочности, в том числе усталостной, было выше ожидаемого вследствие устранения литейных дефектов в опасном месте.

Как показали исследования, выполнение внутреннего ребра-перемычки в указанном месте обеспечило дополнительное подкрепление боковых стенок в месте радиусного сопряжения верхнего пояса с наклонными поясами, позволило снизить риск разрушения рамы по наиболее нагруженному месту, расположенному в зоне технологических окон и внутренней радиусной части буксового проема.

Анализ изобретения на соответствие условию патентоспособности «изобретательский уровень» показал, что из уровня техники известна боковая рама железнодорожного вагона по патенту США №5718177, 1998 г. с усиленным нижним поясом. Нижний пояс и диагональные силовые пояса усилены дополнительными внутренними ребрами в пределах полости нижнего пояса в зоне его пересечения с диагональным силовым поясом. Дополнительно увеличена толщина стенки в месте пересечения верхней поверхности нижнего пояса и диагонального силового пояса и/или колонки. Отличительные признаки заявленного технического решения не выявлены из уровня техники, а в описанном выше известном устройстве задача повышения надежности конструкции боковой рамы решена средствами, воздействующими на характер нагружения опасного сечения (место расположения дополнительных ребер, выполнение утолщенных стенок), без учета особенностей технологии изготовления литой заготовки.

Краткое описание чертежей

Изобретение поясняется чертежами,

где на фиг.1 - боковая рама, общий вид;

на фиг.2 - разрез боковой рамы;

на фиг.3 - сечение А-А на фиг.2.

Осуществление изобретения

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 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 вертикальными поясами 11 для установки планок.

В конструкции боковой рамы имеются симметрично расположенные относительно продольной оси рамы внутренние ребра-перемычки 12, соединяющие боковые стенки рамы 13 и 14. Ребра-перемычки 12 выполнены изогнутыми в соответствии с формой радиусного перехода нижней стенки 15 консоли 2 верхнего пояса 1 в стенку наклонного пояса 6 (и 7).

Ребра-перемычки 12 проходят, по крайней мере, через часть консоли 2 верхнего пояса 1, зону перехода от консоли 2 верхнего пояса к наклонному поясу и, по крайней мере, через часть наклонного пояса 6 (и 7). В каждом ребре-перемычке 12 выполнено технологическое отверстие.

Внутренние ребра-перемычки 12, соединяющие боковые стенки рамы, расположены так, что частично располагаются в непосредственной близости, определяемой технологическими возможностями, от технологических окон 8 (и 9) наклонных поясов 6 (и 7).

Боковую раму тележки грузового вагона изготавливают на автоматической формовочной линии литьем в песчано-глинистые формы с получением стальной отливки, подлежащей дальнейшей механической обработке, обычно применяемой для изделий такого рода. Стержни изготавливают на стержневых автоматах с продувкой триэтиламином.