Нижня рама вагона-самоскида (думпкара)

1. Нижня рама вагона-самоскида (думпкара), що включає хребтову балку коробчастого перерізу, яка складається з двотаврів, що містять вертикальні стінки і горизонтальні полиці, з'єднані між собою верхніми і нижніми листами, і зв'язані з хребтовою балкою поперечні кінцеві, шворневі і циліндрові кронштейни, при цьому шворневі і циліндрові кронштейни містять вертикальні стінки, з'єднані між собою верхніми і нижніми листами, а вертикальні стінки двотаврів хребтової балки, шворневих і циліндрових кронштейнів виконані з прорізними отворами, яка відрізняється тим, що двотаври хребтової балки виконані збірнозварними, а їхні вертикальні стінки мають товщину, різну по довжині хребтової балки, при цьому товщина вертикальних стінок двотаврів у зоні кінцевих І шворневих кронштейнів у 1,2-1,4 разу перевищує товщину вертикальних стінок у зоні циліндрових кронштейнів. 2. Нижня рама за пунктом 1, яка відрізняється тим, що товщина s вертикальних стінок двотаврів Корисна модель відноситься до залізничного транспорту, переважно, до великовантажних вагонів-самоскидів типу думпкар і може бути використана при виготовленні і відновлювальних ремонтах вагонів. Особливостями експлуатації вагонівсамоскидів, що враховуються при розробці їхньої конструкції і проведенні ремонтів, є навантаження насипними і кусковими вантажами, які падають з визначеної висоти, наприклад, з ковшів екскаваторів, рух вагонів по коліям складного профілю, що має ухили і криві малого радіуса, а також навантаження від силових циліндрів при перекиданні кузо у зоні кінцевих і шворневих кронштейнів складає 14-18 мм, а товщина Si вертикальних стінок двотаврів у зоні циліндрових кронштейнів складає 10-15 мм. 3. Нижня рама за пунктом 1 або 2, яка відрізняється тим, що ширина b і товщина t горизонтальних полиць двотаврів хребтової балки складає відповідно 210-230 мм і 15-18 мм. 4. Нижня рама за будь-яким з пунктів 1-3, яка відрізняється тим, що верхні листи циліндрових кронштейнів виконані Т-подібної форми з радіусним переходом від більш вузької консольної' частини до більш широкої частини в зоні їхнього з'єднання з хребтовою балкою, при цьому співвідношення ширини широкої с і вузької' Сі частин верхніх листів складає 2,5-3,0, ширина с широкої частини складає 360-400 мм, а довжина 1 н полиці складає 30-40 мм. 5. Нижня рама за будь-яким з пунктів 1-4, яка відрізняється тим, що прорізні отвори оснащені закріпленими на їхній внутрішній поверхні посилюючими кільцями, при цьому ширина d посилюючого кільця перевищує товщину відповідної вертикальної стінки в 1,25-1,6 разу. 6. Нижня рама за будь-яким з пунктів 1-5, яка відрізняється тим, що між вертикальними стінками двотаврів по довжині хребтової балки в зонах закріплення шворневих і циліндрових кронштейнів попарно встановлені поперечні діафрагми. ва в процесі розвантаження. У зв'язку з цим основною вимогою до конструкції' зазначених вагонів є підвищена міцність несучих вузлів, зокрема, нижньої рами. Відома нижня рама вагона-самоскида (думпкара) типу 6ВС-60 [див. «Вагони промислового транспорту», В.Г. Калмиков і А.Г. Кузнецов, М., «Транспорт», 1978, стор. 128-129], що включає хребтову балку коробчатого перерізу, яка складається з двох двотаврів, що містять вертикальні стінки і горизонтальні полиці, з'єднаних між собою верхнім і нижнім листами, і зв'язані з хребтовою балкою поперечні кінцеві, шкворневі і циліндрові Г Ю < Э 11547 кронштейни. Шкворневі і циліндрові кронштейни виконані коробчатого перерізу І містять дві вертикальні стінки, з'єднані між собою верхнім І нижнім листами. У вертикальних стінках двотаврів хребтової' балки, шкворневих і циліндрових кронштейнів виконані прорізні овальні отвори для розміщення магістральних труб автогальма і системи перекидання кузова. По довжині хребтової балки між вертикальними стінками двотаврів із заданим кроком закріплені поперечні діафрагми. Двотаври хребтової балки виконані із суцільнокатаного профілю №45 із шириною b і товщиною t верхньої і нижній горизонтальних полиць відповідно 160мм і 14,2мм і товщиною s вертикальної стінки 9мм. Зазначена конструкція нижньої рами використовується на вагонах-самоскидах, призначених для легких умов експлуатації, при яких допускається навантаження брил вантажу масою до 2,02,5т з висоти до 2м на попередньо підсипаний у кузов шар роздрібненого вантажу. При експлуатації вагонів цього типу в найбільш навантажених зонах хребтової балки, розташованих між кінцевими і шкворневими кронштейнами, а також у місцях її з'єднання зі шкворневими і циліндровими кронштейнами, спостерігається утворення і розвиток тріщин. Крім того, прорізні отвори, виконані у вертикальних стінках двотаврів хребтової' балки, шкворневих і циліндрових кронштнейнов, додатково послабляють їхній переріз і також викликають появу тріщин. Це приводить до виходу з ладу хребтової балки і нижньої рами в цілому І, як наслідок, до необхідності її ремонту або заміни. Ресурс роботи хребтової балки і нижньої рами в цілому складає не більш 10 років, що на 5 років менше встановленого терміну експлуатації вагонівсамоскидів між капітальними ремонтами. Разом з тим підвищення міцності нижньої рами в значній мірі обмежується застосуванням для виготовлення хребтової' балки суцільнокатаного двотавра, конструктивні параметри якого визначаються номером профілю по стандарті. Рішення цієї задачі шляхом збільшення товщини вертикальної стінки, а також розмірів полиць профілю неминуче приводить до збільшення висоти двотавра і, відповідно, висоти хребтової балки і нижньої рами в цілому, що неприпустимо при заданих конструктивних параметрах вагона. Відома нижня рама вагона-самоскида (думпкара) типу ВС-105 Калінінградського вагонобудівного заводу [див. «Вагони промислового транспорту», В.Г. Калмиків і А.Г. Кузнецов, М., «Транспорт». 1978, стор. 140-142], що включає хребтову балку коробчатого перерізу, яка складається з двох двотаврів, що містять вертикальні стінки і горизонтальні полиці, з'єднаних між собою верхнім і нижнім листами, і зв'язані з хребтовою балкою поперечні кінцеві, шкворневі і циліндрові кронштейни. Шкворневі і циліндрові кронштейни виконані коробчатого перерізу і містять вертикальні стінки, з'єднані між собою верхнім і нижнім листами. При цьому шкворневі кронштейни містять додаткові вертикальні ребра, з'єднані трьома внутрішніми листами, а місця кріплення вертикальних ребер до нижніх полиць хребтової балки посилені косинками. У вертикальних стінках двотаврів хребтової балки, шкворневих і циліндрових кронштейнів виконані прорізні овальні отвори для розміщення магістральних труб автогальма і системи перекидання кузова. По довжині хребтової балки між вертикальними стінками двотаврів у зонах закріплення шкворневих і циліндрових кронштейнів попарно встановлені поперечні діафрагми. Двотаври хребтової балки виконані із суцільнокатаного профілю №55а із шириною b і товщиною t верхньої і нижній горизонтальних полиць відповідно 166мм і 12,2мм і товщиною s вертикальної стінки, рівної 14,5мм. Вертикальні стінки двотаврів у кінцевих частинах нижньої рами на довжині 2830мм посилені закріпленими на них накладками з листа товщиною 6 мм. Верхні листи циліндрових кронштейнів виконані з трапецоїдним збільшенням їхньої ширини від більш вузької консольної частини до більш широкої' в зоні з'єднання з верхніми горизонтальними полками двотаврів, при цьому ширина більш широкої' частини складає 235мм І в 1,6 рази більше ширини вузької частини. Нижня рама зазначеної конструкції використовується на великовантажних вагонах-самоскидах, призначених для більш складних умов експлуатації, при яких допускається перевезення вантажів, наприклад, руди і розкривних порід, з об'ємною масою до 2,25т/м3 і падіння при навантаженні окремих брил масою до Зт з висоти до 2,5м. Однак, незважаючи на зазначені посилення хребтової балки і зон її з'єднання зі шкворневими кронштейнами, міцність балки і нижньої рами в цілому не відповідає умовам експлуатації. Прорізні отвори, виконані у вертикальних стінках двотаврів хребтової балки, шкворневих і циліндрових кронштейнів, додатково послабляють їхній переріз і, як концентратори напруг, прискорюють розвиток тріщин. Конструктивне виконання верхніх листів циліндрових кронштейнів також створює додаткові концентратори напруг у зоні їхнього кріплення до хребтової балки, що викликає виникнення тріщин. Ресурс роботи таких балок і нижньої рами в цілому складає не більш 10 років, що на 5 років менше встановленого терміну експлуатації вагонівсамоскидів між капітальними ремонтами. Однак, підвищення міцності відомої' нижньої рами, як і рами-аналога, обмежується застосуванням для виготовлення хребтової балки суцільнокатаного двотавра. З цієї причини зміна товщини вертикальної' стінки, а також розмірів горизонтальних полиць у найбільш навантажених зонах хребтової балки неминуче приводить до застосування двотавра з більшою площею поперечного переріза при одночасному збільшенні його висоти, що неприпустимо при заданих конструктивних параметрах вагона. Таким чином, використання в конструкції нижньої рами двотаврів із суцільнокатаного профілю №55а не дозволяє забезпечити необхідні характеристики міцності і ресурс ЇЇ експлуатації до капітального ремонту. В основу корисної" моделі поставлена задача створення такої нижньої рами вагона-самоскида (думпкара), у якій за рахунок іншого конструктивного виконання двотаврів хребтової балки при збереженні її висоти І, ВІДПОВІДНО, висоти нижньої рами і вагона в цілому, забезпечується підвищення її міцності і ресурсу роботи. При цьому за рахунок посилення вертикальних стінок, ослаблених 11547 прорізними отворами, і зміни конструкції верхніх листів циліндрових кронштейнів значно знижується вплив концентраторів напруг у цих зонах, що додатково підвищує міцність і ресурс нижньої рами і вагона-самоскида в цілому. Поставлена задача вирішується тим, що в нижній рамі вагона-самоскида (думпкара), який включає хребтову балку коробчатого перерізу, що складається з двотаврів, які містять вертикальні стінки і горизонтальні полиці, з'єднаних між собою верхніми і нижніми листами, і зв'язані з хребтовою балкою поперечні кінцеві, шкворневі і циліндрові кронштейни, у якій шкворневі і циліндрові кронштейни містять вертикальні стінки, з'єднані між собою верхніми і нижніми листами, а вертикальні стінки двотаврів хребтової балки, шкворневих і циліндрових кронштейнів виконані з прорізними отворами, відповідно до корисної" моделі двотаври хребтової балки виконані збірно-зварними, а їхні вертикальні стінки мають товщину, різну по довжині хребтової балки, при цьому товщина s вертикальних стінок у зоні кінцевих і шкворневих кронштейнів у 1,2-1,4 рази перевищує товщину si вертикальних стінок у зоні циліндрових кронштейнів. Товщина s вертикальних стінок двотаврів у зоні кінцевих і шкворневих кронштейнів складає 1418мм, а товщина si вертикальних стінок двотаврів у зоні циліндрових кронштейнів складає 10-15мм. Ширина b і товщина t горизонтальних полиць двотаврів хребтової балки складають відповідно 210-230ММ і 15-18мм. Для зниження впливу концентраторів напруги верхні листи циліндрових кронштейнів виконані Тподібної форми з радіусним переходом від більш вузької консольної частини до більш широкого в зоні їхнього з'єднання з хребтовою балкою, при цьому співвідношення ширини широкої с і вузької Сі частин верхніх листів складає 2,5-3,0, ширина с широкої частини складає 360-400мм, а довжина 1 її полиці складає 30-40мм. Для зниження впливу концентраторів напруги у вертикальних стінках хребтової балки, циліндрових і шкворневих кронштейнів на внутрішніх поверхнях прорізних отворів закріплені посилюючі кільця, при цьому ширина d посилюючого кільця в 1,25-1,6 рази перевищує товщину s відповідної вертикальної стінки. Для забезпечення жорсткості хребтової балки і нижньої рами в цілому між вертикальними стінками двотаврів по довжині хребтової балки в зонах закріплення шкворневих і циліндрових кронштейнів попарно встановлені поперечні діафрагми. У запропонованій конструкції нижньої рами вагона-самоскида (думпкара), на відміну від нижньої рами аналога І прототипу, двотаври хребтової балки виконані збірно-зварної конструкції, що дозволяє, по-перше, збільшити площу перерізу і момент опору двотаврового профілю хребтової балки без зміни ЇЇ висоти, і, по-друге, змінювати товщину вертикальних стінок хребтової балки з урахуванням її експлуатаційного навантажування - від більшої товщини в найбільш навантажених кінцевих зонах до меншої товщини в менш навантаженій середній частині, що на 15-20% знижує рівень напруг у цих зонах від дії експлуатаційних наванта 6 жень і, відповідно, підвищує МІЦНІСТЬ і ресурс хребтової балки і нижньої рами в цілому. За результатами розрахункової оцінки параметри, що заявляються, і співвідношення розмірів конструктивних елементів є оптимальними для забезпечення експлуатаційної міцності і ресурсу нижньої рами. При цьому забезпечується також оптимальне співвідношення міцності нижньої' рами і її металоємності. Посилення перерізів нижньої рами в зонах прорізних отворів кільцевими вставками, ширина яких перевищує товщину відповідної вертикальної стінки і утворює з нею Т-подібний переріз, дозволяє значно знизити концентрацію напруг і усунути додаткові причини виникнення тріщин. Збільшення ширини верхніх листів циліндрових кронштейнів у зоні їхнього з'єднання з верхнім листом хребтової балки і виконання їх Т-подібної форми з радіусним переходом від вузької до широкої частини і наявністю полки, дозволяє зменшити концентрацію напруг і також знизити імовірність появи тріщин у цих зонах. При цьому також, як у відомих рамах, по довжині хребтової балки між вертикальними стінками двотаврів попарно закріплені поперечні діафрагми, що забезпечує жорсткість хребтової балки і вузлів її з'єднання зі шкворневими і циліндровими кронштейнами. Сутність корисної моделі пояснюється представленими фігурами креслення: на Фіг.1 показана нижня рама вагона-самоскида (думпкара), вид збоку; на Фіг.2 - вид зверху; на Фіг.З - розріз по А-А на Фіг.2, повернено; на Фіг.4 - вид Б на Фіг.З; на Фіг.5 - переріз В-В на Фіг. 1,3; на Фіг.6 - переріз Г-Г наФіг.1; на Фіг.7-переріз Д-Д на Фіг.1. Нижня рама вагона-самоскида (думпкара), наприклад, вантажопідйомністю 105т, містить хребтову балку 1 коробчатого перерізу, яка складається з двох двотаврів, що містять вертикальні стінки 2, 3 і горизонтальні полиці 4, 5, з'єднаних між собою верхнім 6 і нижнім 7 листами. Вертикальні стінки 2, 3 і горизонтальні полиці 4, 5 двотаврів з'єднані між собою звареними швами 8. Хребтова балка 1 зв'язана з двома поперечними кінцевими кронштейнами 9, двома шкворневими кронштейнами 10 і шістьма циліндровими кронштейнами 11. Товщина s вертикальних стінок 2, 3 двотаврів у зоні кінцевих 9 і шкворневих кронштейнів 10 складає 16мм і є найбільш оптимальною для інтервалу 14-18мм. Товщина Si вертикальних стінок 2, 3 двотаврів у зоні циліндрових кронштейнів 11 складає 12мм і є найбільш оптимальною для інтервалу 10-15мм. У такий спосіб товщина s вертикальних стінок 2, 3 двотаврів у зоні кінцевих 9 і шкворневих кронштейнів 10 у 1,3 рази перевищує товщину Si вертикальних стінок 2, 3 двотаврів у зоні циліндрових кронштейнів 11 і є найбільш оптимальною для співвідношення 1,2-1,4. При цьому ширина b і товщина t горизонтальних полиць 4, 5 двотаврів хребтової балки 1 складає відповідно 220мм і 16мм, що є найбільш оптимальними для інтервалів 210-230мм і 15-18мм. У технологічних цілях у кінцевих частинах нижньої рами, що примикають до кінцевих кронштейнів 9, у нижніх горизонтальних полицях 4,5 8 Між вертикальними стінками 2, 3 двотаврів по довжині хребтової балки 1 у зонах закріплення шкворневих 10 і циліндрових 11 кронштейнів попарно встановлені поперечні діафрагми 23 (Фіг.З). Робота нижньої рами вагона-самоскида (думпкара), що заявляється, здійснюється в такий спосіб. У процесі експлуатації, наприклад, у кар'єрах під час перевезення розкривних порід, руди або концентратів, нижня рама випробує вертикальні статичні і динамічні навантаження від впливу вантажу в процесі навантаження і перевезення, подовжні знакозмінні навантаження, що виникають при зрушенні, гальмуванні і регулювальних режимах руху, навантаження на крутіння, зв'язані з перекиданням кузова при розвантаженні. Запропоноване конструктивне виконання нижньої рами забезпечує необхідні характеристики міцності в різних поперечних перерізах хребтової балки і вузлах її з'єднання зі шкворневими і циліндровими кронштейнами, що відповідають їх експлуатаційної навантаженості, дозволяючи вирішити питання рівноміцності конструкції і забезпечення їхнього ресурсу протягом установлених термінів між капітальними ремонтами. 11547 двотаврів виконані вирізи для установки автозчеплення і поглинаючого апарата (на кресленнях не показано). Шкворневі кронштейни 10 містять вертикальні стінки 12, 13 (Фіг.З), з'єднані між собою верхніми і нижніми листами 14, 15. Циліндрові кронштейни 11 включають вертикальні стінки 16, 17, з'єднані між собою верхніми і нижніми листами 18, 19. Верхні листи 18 циліндрових кронштейнів 11 (Фіг.4) виконані Т-подібної форми з радіусним переходом R від більш вузької' консольної частини до більш широкої частини в зоні їхнього з'єднання з горизонтальними полицями 4 двотаврів хребтової балки 1. Співвідношення ширини с і Сі зазначених частин верхніх листів 18 складає 2,5, що є найбільш оптимальним для співвідношення 2,0-3,0. Ширина с широкої частини верхнього листа складає 380мм, що є найбільш оптимальним для інтервалу 360-400мм. Довжина полиці 1 широкої частини верхніх листів 18 складає 35 мм, що є найбільш оптимальним в обраних межах 30-40мм. У вертикальних стінках 16, 17 циліндрових кронштейнів 11 виконані отвори 20 (Фіг.З) для кріплення циліндрів розвантаження. Вертикальні стінки 2, 3 двотаврів хребтової балки 1, вертикальні стінки 12, 13 шкворневих 10 і вертикальні стінки 16, 17 циліндрових 11 кронштейнів мають прорізні овальні отвори 21 для розміщення магістральних труб автогальма і системи перекидання кузова. Прорізні овальні отвори 21 постачені закріпленими на їхній внутрішній стороні посилюючими кільцями 22 (Фіг.5). Ширина d посилюючих кілець 22 складає 18-22мм і в 1,3 рази перевищує товщину s відповідних вертикальних стінок 2, 3 або 12, 13 або 16, 17, що є найбільш оптимальним для інтервалу 1,25-1,6 з погляду забезпечення міцності і довговічності нижньої рами. Фіг.З Проведені іспити показали, що напруги в найбільш навантажених поперечних перерізах зазначеної нижньої рами при основних режимах навантаження відповідають вимогам, установленим "Нормами для розрахунку і проектування вагонівсамоскидів колії 1520мм2, М., ВИДІ, 1986 р. і в 1,52,0 рази нижче, ніж у нижній рамі вагонапрототипу. У результаті довговічність нижньої рами зросла на 15-20%, а її експлуатаційний ресурс між капітальними ремонтами - на 6-8 років. Поставлена задача вирішена без збільшення висоти нижньої рами і вагона в цілому, що особливо важливо при проведенні ремонтних і відновлюваних робіт. 10 Фіг. 5 Г-Г Фіг. 7 Фіг. 6 Комп'ютерна верстка А Крижанівський Підписне Тираж 26 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул Урицького, 45, м Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Глазунова, 1, м К и ї в - 4 2 , 01601