Кузов железнодорожного полувагона

Кузов железнодорожного полувагона

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и касается конструкций кузовов грузовых полувагонов, в частности конструкций торцевых и боковых стен и узлов соединения их между собой.

Известна конструкция железнодорожного универсального четырехосного полувагона модели 12-119 [В.В.Лукин, Л.А.Шадур, В.Н.Котуранов, А.А.Хохлов, П.С.Анисимов "Конструирование и расчет вагонов". М., УМК МПС России, 2000 г., стр.502], содержащая кузов, опирающийся на ходовые части. Кузов состоит из боковых и торцевых стен, которые установлены на раму. Боковые и торцевые стены имеют каркас и обшивку. Каркас боковой стены содержит верхнюю обвязку, нижнюю обвязку, листы угловых стоек, стойки шкворневые и промежуточные. Каркас торцевой стены состоит из угловых стоек, изготовленных из швеллеров, верхней и нижней обвязок, поясов и полустоек, к каркасу приварены листы обшивки, имеющие отгибки, необходимые для соединения листов между собой, с верхними и нижними обвязками, при этом листы соединены между собой наложением друг на друга за счет отгибки у одного из листов. Верхняя обвязка боковой стены замкнутого сечения с ответвлением, образованная из двух уголков (для крепления обшивки), концевыми частями прилегает к листам угловых стоек. К концам верхних обвязок боковой стены приварены коробки, которые продлены к крайней грани листов угловых стоек. Верхняя обвязка торцевой стены изготовлена из неравнополочного гнутого швеллера, замкнутого планкой. Соединение боковых стен с торцевыми стенами производится через лист угловой стойки, в верхней части внутри кузова в узле заделки стен установлена накладка, которая опираясь на верхнюю грань верхней обвязки торцевой стены, приварена к боковой и торцевой стене плавно переходя к углу соединения.

К недостаткам данной конструкции можно отнести то, что приварка торцевой стены к боковой стене производится через лист угловой стойки и накладку без соединения основных профилей верхних обвязок между собой, что приводит к ослаблению узла соединения стен, особенно в верхней части, которое не компенсируется накладками внутри кузова в верхней части. В результате этого, в процессе эксплуатации полувагона возникают трещины в сварных швах соединения боковой и торцевой стен, по основному металлу накладки, а также отрыв торцевой стены вместе с накладкой от боковой стены (в верхней части), то есть возникает неисправность кузова, которая может привести к аварийной ситуации.

Также известна конструкция полувагона [Под ред. Л.А.Шадур, "Вагоны", М.: "Транспорт", 1980, стр.336]. Кузов полувагона включает в себя раму, боковые стены с верхними обвязками, стойками и обшивкой, а также торцевые стены с панелью обшивки из гофрированных листов (сваренных между собой стыковым швом), которая приварена к верхней обвязке и гофрами к угловым стойкам. Верхние обвязки боковой и торцевой стены, соприкасающиеся внутренними кромками, которые изготовлены из неравнополочного швеллера, соединены в один неразъемный узел с помощью Г-образной накладки, которая приклепана к верхним поверхностям профилей обвязок. Кроме того, гофрированный лист обшивы торцевой стены нижней частью приварен к внутренней поверхности концевой балки, изготовленной из углового профиля.

Недостатком данной конструкции является сложность изготовления клепаных соединений. Вместе с этим приварка панели обшивы гофрированным (волнообразным) краем к угловым стойкам и установка гофрированного листа внутрь профиля концевой балки требуют дополнительных трудозатрат. Также к существенным недостаткам данной конструкции можно отнести то, что верхние обвязки торцевой и боковой стен изготовлены из незамкнутого профиля и соединены планкой в одной горизонтальной верхней плоскости, соприкасаясь только кромками внутри кузова.

Частично решает проблему усиление узла заделки верхних обвязок боковой и торцевой стен с помощью конструкции верхних брусов для железнодорожного вагона, которая описана в патенте США [патент США №6601522 от 5.08.2003]. Верхняя обвязка боковой стены выполнена (в сечении) в виде замкнутого профиля многогранной сложной конфигурации, в верхней части которого изготовлен прямоугольный паз, а в нижней имеется ответвление вертикальной полки (для крепления обшивки). Верхняя обвязка торцевой стены выполнена из профиля швеллерообразной, неравнополочной конфигурации, также в верхней части бруса выполнен прямоугольный паз. Соединение верхних обвязок производится с помощью накладки, выполненной в виде плоской пластины с прямоугольными участками, расположенными под углом 90° относительно друг к другу, сочлененные дугообразным участком. На нижней плоскости накладки имеются бортики по всему внутреннему периметру и частично по внешнему периметру, кроме того, на прямоугольных участках накладки имеются прямоугольные выступы, повторяющие размеры прямоугольных пазов в брусах. На верхней плоскости накладки по внешнему периметру также изготовлен бортик. Накладка выступами устанавливается в пазы верхних обвязок и связывает верхние обвязки между собой. Торцевая стена состоит из верхней обвязки, двух угловых стоек (из уголкового профиля) и центральной стойки, которая установлена на хребтовую балку и жестко соединена с верхней обвязкой, при этом высота верхней загрузочной части стены меньше высоты торцевой стены.

Одним из существенных недостатков данной конструкции является сложность изготовления профилей верхних обвязок и соединительной накладки, при этом основные профили верхних обвязок, также как и в предыдущей конструкции, не имеют прямого соединения между собой, они соприкасаются только вертикальными кромками внутри кузова.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является конструкция железнодорожного полувагона [патент РФ на промышленный образец №55444, МКПО 12-03 от 11.07.2003], содержащая боковые и торцевые стены, установленные на раме, которая состоит из продольной и поперечных балок. Боковые и торцевые стены собраны из каркасов и листов обшивки. Каркасы имеют пояса, стойки и обвязки коробчатого сечения, которые состоят из двух швеллеров, сваренных между собой. Обвязки боковых и торцевых стен выполнены из одинаковых профилей (по поперечному сечению). Обвязка боковой стены нижней плоскостью концевой части примыкает к торцевой верхней грани листа угловой стойки, при этом внутренняя плоскость обвязки совпадает с внутренней плоскостью листа угловой стойки, а торцы обвязки, обрезанные под углом на внешнюю сторону кузова, не выходят за крайнюю вертикальную грань листа угловой стойки. Ширина профиля обвязки больше высоты полки профиля стоек боковой стены, которые изготовлены из швеллера. Соединение обвязок осуществлено непосредственно друг с другом, обвязка торцевой стены торцевыми гранями приварена к внутренним поверхностям обвязок боковых стен. Узел заделки обвязок усиливается изогнутой планкой, которая охватывает внешние поверхности профилей обвязок боковой и торцевой стен и скошенную торцевую грань обвязки боковой стены, а также усиливается горизонтальной планкой, которая присоединена к верхним поверхностям обвязок. Торцевая стена установлена на верхний лист поперечной концевой балки рамы и приварена к листам угловых стоек боковых стен, а также нижними стойками к лобовому листу поперечной концевой балки, при этом пояса торцевой стены изготовлены из двух одинаковых швеллеров, которые развернуты друг к другу торцевыми гранями полок и соединены по всей длине планкой, установленной на внешние полки швеллеров.

Данная конструкция выбрана в качестве прототипа.

Существенным недостатком вышеописанной конструкции является снижение прочности узла заделки обвязок за счет среза торцевой грани обвязки боковой стены под углом с уменьшением сечения несущих элементов в соединении, которое недостаточно компенсируется изогнутой планкой с внешней боковой стороны и планкой на верхних плоскостях обвязок. Вместе с этим профиль обвязки боковой стены и профиль обвязки торцевой стены нерационально изготовлять одного сечения, так как они воспринимают разные нагрузки как по направлению, так и по величине. Кроме того, обвязки имеют непосредственное соединение, но нет перехлеста основных элементов конструкции между собой и основные несущие сварные швы, соединяющие торцевые стены с боковыми стенами, расположены в одной плоскости, к тому же с внутренней стороны кузова, имеется точка пересечения трех сварных швов, которая является концентратором напряжения и, следовательно, источником возникновения трещин, которые могут привести в процессе эксплуатации к неисправности кузова.

Следующим отрицательным моментом является то, что в процессе сборки кузова торцевую стену, установленную на концевой балке рамы между боковыми стенами, затруднительно зафиксировать в верхней части и точно выставить внутренний размер кузова по длине и высоте без дополнительных трудозатрат, так чтобы верхние плоскости обвязок совпадали друг с другом.

Также к существенному недостатку можно отнести выступание верхней обвязки боковой стены за стойки, так как при разгрузке полувагона на вагоноопрокидывателе не обеспечивается одновременное и равномерное прилегание наружных поверхностей боковых стоек и обвязки боковой стены к привалочным стенкам вагоноопрокидывателя, что приводит к возникновению неисправностей в соединениях обвязки со стойками, а также в большей степени повреждается резиновое армирование вагоноопрокидывателя в местах контакта с выступающей частью обвязки.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание конструкции кузова, позволяющей повысить прочность соединения верхних обвязок боковой и торцевой стен и кузова в целом, обеспечивающей увеличение точности сборки кузова и уменьшение трудозатрат при сборке и ремонте кузова, в которой осуществлены плавный переход от более усиленного узла заделки обвязок к менее жесткому листу угловой стойки и плавное распределение возникающих напряжений на несущие элементы кузова, а также в которой использованы недорогостоящие профили верхних обвязок, обеспечивающие прочность и увеличивающие эксплуатационные качества боковой стены при разгрузке в вагоноопрокидывателях.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что кузов железнодорожного полувагона содержит раму с закрепленными на ней торцевыми и боковыми стенами, состоящими из панелей обшивки и каркасов, которые состоят из стоек, поясов и обвязок, имеющих замкнутое сечение, сваренных из верхнего и нижнего элементов, при этом обвязка торцевой стены, опирающаяся на угловые стойки, изготовленные из швеллера замкнутого листом, жестко соединена с обвязкой боковой стены с использованием накладки, установленной на совпадающие верхние поверхности обвязок, и накладки, установленной с внешней боковой стороны кузова, кроме того, пояса торцевой стены, изготовленные из двух швеллеров, развернуты друг к другу торцевыми гранями полок и соединены по всей длине планкой, установленной на внешние полки швеллеров, также обвязка торцевой стены, продленная торцевой гранью за лист угловой стойки, присоединена поверхностью, направленной внутрь кузова, к торцевой грани верхнего элемента обвязки боковой стены, при этом нижний элемент обвязки боковой стены по длине меньше или равен длине верхнего элемента, вместе с этим, к нижней поверхности нижнего элемента приварена планка, которая также приварена боковой поверхностью к листу угловой стойки и продленной частью к обвязке торцевой стены.

Помимо этого, листы обшивки торцевой стены установлены наружными поверхностями на полку верхнего или нижнего швеллера пояса торцевой стены с расстоянием между противолежащими гранями листов обшивки не менее двух размеров толщины листа, а внешняя боковая поверхность обвязки боковой стены конгруэнтно с внешней поверхностью стоек боковой стены.

Кроме того, профиль обвязки торцевой стены по ширине больше, а по высоте меньше профиля обвязки боковой стены, при этом планка, которая приварена к нижней поверхности нижнего элемента обвязки боковой стены, имеет два участка: горизонтальный и под углом, вместе с этим на горизонтальном участке планки внешняя боковая грань выполнена с плавным уменьшением ширины планки, а участок под углом продлен за внешнюю поверхность обвязки торцевой стены и прижат к ее нижней кромке, образуя соединение под острым углом.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами:

фиг.1 - общий вид кузова полувагона;

фиг.2 - вид А фиг.1;

фиг.3 - вид Б фиг.1;

фиг.4 - вид В фиг.3;

фиг.5 - разрез Г-Г фиг.4;

фиг.6 - разрез Д-Д фиг.2;

фиг.7 - разрез Е-Е фиг.1.

Кузов железнодорожного полувагона содержит раму 1 с закрепленными на ней торцевыми 2 и боковыми 3 стенами, состоящими из панелей обшивки 4, 5 и каркасов 6, 7. Каркасы 6 и 7 состоят из стоек 8, 9, 10, 11 поясов 12, 13 и обвязок 14, 15.

Обвязки 14, 15 выполнены замкнутого сечения и сварены из верхнего 16, 17 и нижнего 18, 19 элементов соответственно. Обвязка 15 торцевой стены 2, опирающаяся на угловые стойки 9, изготовленные из швеллера 20 замкнутого листом 21, жестко соединена с обвязкой 14 боковой стены 3 с использованием накладки 22, установленной на совпадающие верхние поверхности 23 обвязок 14, 15, и накладки 24, установленной с внешней боковой стороны кузова.

Пояса 13 торцевой стены 2 изготовлены из двух одинаковых швеллеров 25, которые развернуты друг к другу торцевыми гранями полок и соединены по всей длине планкой 26, установленной на внешние полки швеллеров 25.

Также обвязка 15 торцевой стены 2, продленная торцевой гранью 27 за лист угловой стойки 21, присоединена поверхностью 28, направленной внутрь кузова, к торцевой грани 29 верхнего элемента 16 обвязки 14 боковой стены 3, при этом нижний элемент 18 обвязки 14 боковой стены 2 по длине меньше или равно длине верхнего элемента 16, кроме того, к нижней поверхности 30 нижнего элемента 18 приварена планка 31, которая также приварена боковой плоскостью 32 к листу угловой стойки 21 и продленной частью 33 к обвязке 15 торцевой стены 2.

Вместе с этим листы 34 панели обшивки 5 торцевой стены 2 установлены наружными поверхностями на полку верхнего или нижнего швеллера 25 пояса торцевой стены 13 с расстоянием между противолежащими гранями листов 34 панели обшивки 5 не менее двух размеров толщины листа. Также внешняя боковая поверхность 35 обвязки 14 боковой стены 3 конгруэнтно с внешней поверхностью 36 стоек 8 боковых стен 3.

Кроме того, профиль обвязки 15 торцевой стены 2 по ширине больше, а по высоте меньше профиля обвязки 14 боковой стены 3, а планка 31, которая приварена к нижней поверхности 30 нижнего элемента 18 обвязки 14 боковой стены 3, имеет два участка: горизонтальный 37 и под углом 38, при этом на горизонтальном участке 37 планки 31, внешняя боковая грань 39 выполнена с плавным уменьшением ширины планки 31, а участок под углом 38 продлен за внешнюю поверхность 40 обвязки 15 торцевой стены 3 и прижат к ее нижней кромке 41, образуя соединение под острым углом.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в том, что выполнение обвязки торцевой стены, продленной за листы угловых стоек и присоединенной поверхностью, направленной внутрь кузова, к торцевой грани верхнего элемента обвязки боковой стены, позволяет осуществить прямое соединение обвязок боковой и торцевой стен с перехлестом несущих элементов конструкции, и развернуть основные сварные швы, соединяющие торцевые и боковые стены в разных плоскостях. Также выполнение нижнего элемента обвязки боковой стены по длине, меньшей или равной длине верхнего элемента, обеспечивает плотное прилегание обвязки торцевой стены к торцевой грани обвязки боковой стены, которое в свою очередь ведет к уменьшению сварочного зазора в одном из неблагоприятных сечений на верхней поверхности обвязок кузова (по воздействующим нагрузкам) и к выполнению качественного сварного соединения по верхней плоскости. Кроме того, планка, которая приварена к нижней поверхности обвязки боковой стены, к листу угловой стойки и к обвязке торцевой стены, позволяет соединить вместе три основных несущих элемента кузова (обвязка торцевой стены, обвязка боковой стены и угловая стойка) и достичь плавности восприятия нагрузок в узле заделки элементов и плавности распределения возникающих напряжений между несущими элементами. Данная конструкция позволяет повысить прочность узла соединения стен более чем в 1,5 раза (при условии однотипности схемы и величины расчетной нагрузки) по сравнению с конструкцией ближайшего аналога без использования специальных профилей на несущие элементы кузова, а с применением обычного листового, сортового, фасонного прокатов, сваренных между собой, что также позволяет уменьшить трудозатраты при ремонте кузова и снизить возникновение неисправностей в узле заделки обвязок в процессе эксплуатации.

Помимо этого, предлагаемая конструкция соединения боковых и торцевых стен позволяет упростить сборку и повысить точность размеров собранного кузова, так как в конструкции боковой стены обвязкой и листом угловой стойки образован прямоугольный выступ с горизонтальной и вертикальной плоскостями и при сборке кузова торцевая стена, посредством удлиненной обвязки, укладывается на горизонтальную плоскость, прижимается к вертикальной плоскости и зажимается между боковыми стенами, тем самым лишая торцевую стену шести степеней свободы без дополнительных приспособлений, а точность сборки кузова обеспечивается точностью изготовления деталей (верхних элементов обвязок боковых стен), которые имеют меньшие отклонения (допуски на размеры) от номинальных размеров, чем сборочные единицы (стены боковые).

Также к уменьшению трудозатрат приводит стыковка листов обшивки торцевой стены на одном из поясов, на верхнем или нижнем швеллере, полки которых являются компенсаторами высоты листов обшивки торцевой стены, что позволяет осуществить соединение торцевой стены с поперечной концевой балкой рамы без дополнительных элементов конструкции между торцевой стеной и поперечной концевой балкой, компенсирующих зазор.

Вместе с этим, для конструкции кузова более рационально использовать профиль обвязки торцевой стены по ширине больше, а по высоте меньше профиля обвязки боковой стены, так как на обвязку торцевой стены действует инерционная нагрузка в горизонтальном направлении, которая на много больше распорной нагрузки, действующей на обвязки боковой стены. Для соединения обвязок разных высот, накладка, которая приваривается к нижней поверхности обвязки боковой стены, имеет горизонтальный участок и участок под углом, при этом накладка приваривается к обвязке торцевой стены качественным сварным швом (в лодочку), а переменная ширина накладки улучшает плавность перераспределения возникающих напряжений.

Кроме того, конструкция кузова, где внешняя боковая поверхность обвязки боковой стены конгруэнтно с внешней поверхностью стоек боковой стены, позволяет разгружать полувагон в вагоноопрокидывателях без повреждений полувагона и вагоноопрокидывателей, так как кузов при разгрузке обеспечивает одновременное и равномерное прилегание наружных поверхностей стоек и верхних обвязок на привалочную плоскость вагоноопрокидвыателя.

В настоящее время на заявляемое изобретение разработана конструкторская документация, изготовлены опытные образцы и проводятся испытания.

1. Кузов железнодорожного полувагона, содержащий раму с закрепленными на ней торцевыми и боковыми стенами, состоящими из панелей обшивки и каркасов, которые состоят из стоек, поясов и обвязок, имеющих замкнутое сечение, сваренных из верхнего и нижнего элементов, при этом обвязка торцевой стены, опирающаяся на угловые стойки, изготовленные из швеллера, замкнутого листом, жестко соединена с обвязкой боковой стены с использованием накладки, установленной на совпадающие верхние поверхности обвязок, и накладки, установленной с внешней боковой стороны кузова, кроме того, пояса торцевой стены, изготовленные из двух швеллеров, развернуты друг к другу торцевыми гранями полок и соединены по всей длине планкой, установленной на внешние полки швеллеров, отличающийся тем, что обвязка торцевой стены, продленная торцевой гранью за лист угловой стойки, присоединена поверхностью, направленной внутрь кузова, к торцевой грани верхнего элемента обвязки боковой стены, при этом нижний элемент обвязки боковой стены по длине меньше или равен длине верхнего элемента, вместе с этим, к нижней поверхности нижнего элемента приварена планка, которая также приварена боковой поверхностью к листу угловой стойки и продленной частью к обвязке торцевой стены.

2. Кузов железнодорожного полувагона по п.1, отличающийся тем, что листы обшивки торцевой стены установлены наружными поверхностями на полку верхнего или нижнего швеллера пояса торцевой стены, с расстоянием между противолежащими гранями листов обшивки не менее двух размеров толщины листа.

3. Кузов железнодорожного полувагона по п.1, отличающийся тем, что внешняя боковая поверхность обвязки боковой стены конгруэнтна с внешней поверхностью стоек боковой стены.

4. Кузов железнодорожного полувагона по п.1, отличающийся тем, что профиль обвязки торцевой стены по ширине больше, а по высоте меньше профиля обвязки боковой стены.

5. Кузов железнодорожного полувагона по п.1 или 4, отличающийся тем, что планка, которая приварена к нижней поверхности нижнего элемента обвязки боковой стены, имеет два участка: горизонтальный и под углом, при этом на горизонтальном участке планки внешняя боковая грань выполнена с плавным уменьшением ширины планки, а участок под углом продлен за внешнюю поверхность обвязки торцевой стены и прижат к ее нижней кромке, образуя соединение под острым углом.