RU230536U1

RU230536U1 - SIDE BEAM OF A FREIGHT CAR FRAME

Info

Publication number: RU230536U1
Application number: RU2024126136U
Authority: RU
Inventors: Андрей Михайлович Шалыгин; Виктор Валерьевич Осыка; Елена Николаевна Орлова
Original assignee: Акционерное общество "Рузаевский завод химического машиностроения" (АО "Рузхиммаш")
Filing date: 2024-09-05
Publication date: 2024-12-09

Abstract

Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта и может быть использована в конструкции рам вагонов-платформ, рам грузовых вагонов. Технический результат заявляемого решения заключается в повышении жесткости конструкции вагона, благодаря оптимизации конструкции балки, имеющей вертикальную стенку переменной высоты с радиусным переходом между высотами. Технический результат достигается тем, что хребтовая балка рамы грузового вагона выполнена из двух двутавров переменной высоты, имеет две вертикальные стенки, соединенные между собой горизонтальным листом во всю длину хребтовой балки, и верхнюю и нижнюю полки, согласно полезной модели хребтовая балка образована двутаврами незамкнутого сечения, нижняя полка вертикальных стенок обоих двутавров выполнена с наклонными участками в зонах увеличения высоты вертикальной части хребтовой балки с радиусными переходами с диапазонами значений R₁ = 900-1100, R₂ = 2900-3000, при этом общая длина наклонного участка составляет не более 1700 мм, а длина прямых участков нижних полок от радиусного перехода R₁ до концевой части составляет диапазон значений L₁от 1700 до 1800 мм при максимальной высоте хребтовой балки H, равной диапазону значений 880-1000 мм, и минимальной высоте хребтовой балки H₁, равной диапазону значений 300-400 мм, при общей длине хребтовой балки 25500 мм. 4 ил. The utility model relates to the field of railway transport and can be used in the design of platform car frames, freight car frames. The technical result of the claimed solution consists in increasing the rigidity of the car structure, due to the optimization of the beam design, which has a vertical wall of variable height with a radius transition between the heights. The technical result is achieved in that the backbone beam of the freight car frame is made of two I-beams of variable height, has two vertical walls connected to each other by a horizontal sheet along the entire length of the backbone beam, and upper and lower shelves.,according to the utility model, the ridge beam is formed by I-beams of open cross-section, the lower shelf of the vertical walls of both I-beams is made with inclined sections in the zones of increasing the height of the vertical part of the ridge beam with radius transitions with ranges of R values₁= 900-1100, R₂= 2900-3000, while the total length of the inclined section is no more than 1700 mm, and the length of the straight sections of the lower shelves from the radius transition R₁up to the end part is the range of values of L₁from 1700 to 1800 mm with a maximum height of the ridge beam H equal to the range of values of 880-1000 mm, and a minimum height of the ridge beam H₁, equal to the range of values of 300-400 mm, with a total length of the ridge beam of 25500 mm. 4 fig.

Description

Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта и может быть использована в конструкции рам вагонов-платформ, рам грузовых вагонов.The utility model relates to the field of railway transport and can be used in the design of flatcar frames and freight car frames.

Известна рама специализированных платформ для большегрузных контейнеров модели 13-470 (см. интернет-ресурс https://gdzp.ru/poleznaya-informaciya/ramy-gruzovyh-vagonov/ramy-specializirovannyh-platform-dlya-bolshegruznyh-konteyner/, дата последнего сеанса 03.07.2024). Хребтовая балка выполнена из двух двутавров переменной по длине высоты, перекрытых сверху листом (400 х 12 мм) на протяжении всей балки, а нижние горизонтальные полки в средней части на длине 7 м усилены полосами (150 х 14 мм). В местах пересечения со шкворневыми и поперечными балками двутавры хребтовой балки соединены диафрагмами, а в консольных частях усилены задним и передним упорами автосцепки. В средней части к хребтовой балке приварены кронштейны для крепления деталей тормозного оборудования. По совокупности общих конструктивных элементов данное техническое решение принято за прототип.A frame of specialized platforms for heavy-duty containers of model 13-470 is known (see the Internet resource https://gdzp.ru/poleznaya-informaciya/ramy-gruzovyh-vagonov/ramy-specializirovannyh-platform-dlya-bolshegruznyh-konteyner/, date of the last session 03.07.2024). The center beam is made of two I-beams of variable height along the length, covered from above with a sheet (400 x 12 mm) along the entire beam, and the lower horizontal shelves in the middle part over a length of 7 m are reinforced with strips (150 x 14 mm). At the intersections with the kingpin and cross beams, the I-beams of the center beam are connected by diaphragms, and in the cantilever parts they are reinforced with rear and front stops of the automatic coupling. In the middle part, brackets for fastening brake equipment parts are welded to the ridge beam. Based on the totality of common design elements, this technical solution is accepted as a prototype.

Недостатком известного технического решения является то, что не определена высота вертикальных листов двутавров по всей длине балки, ее неравномерность без определенного угла перехода высот может сказаться на недостаточной жесткости и надежности конструкции вагона.The disadvantage of the known technical solution is that the height of the vertical sheets of the I-beams along the entire length of the beam is not defined; its unevenness without a certain angle of transition of heights can affect the insufficient rigidity and reliability of the car structure.

Задача, решаемая с помощью заявленной полезной модели, достаточная жесткость конструкции рамы вагона.The problem solved by the declared utility model is sufficient rigidity of the carriage frame structure.

Технический результат заявляемого решения заключается в повышении жесткости конструкции вагона, благодаря оптимизации конструкции балки, имеющей вертикальную стенку переменной высоты с радиусным переходом между высотами.The technical result of the claimed solution consists in increasing the rigidity of the car structure, due to the optimization of the beam structure, which has a vertical wall of variable height with a radial transition between heights.

Технический результат достигается тем, что хребтовая балка рамы грузового вагона выполнена из двух двутавров переменной высоты, имеет две вертикальные стенки, соединенные между собой горизонтальным листом во всю длину хребтовой балки, и верхнюю и нижнюю полки, согласно полезной модели хребтовая балка образована двутаврами незамкнутого сечения, нижняя полка вертикальных стенок обоих двутавров выполнена с наклонными участками в зонах увеличения высоты вертикальной части хребтовой балки с радиусными переходами с диапазонами значений R₁ = 900-1100, R₂ = 2900-3000, при этом общая длина наклонного участка составляет не более 1700 мм, а длина прямых участков нижних полок от радиусного перехода R₁ до концевой части составляет диапазон значений L₁от 1700 до 1800 мм, при максимальной высоте хребтовой балки H равной диапазону значений 880-1000 мм, и минимальной высоте хребтовой балки H₁ равной диапазону значений 300-400 мм при общей длине хребтовой балки 25500 мм.The technical result is achieved in that the backbone beam of the freight car frame is made of two I-beams of variable height, has two vertical walls connected to each other by a horizontal sheet along the entire length of the backbone beam, and upper and lower shelves, according to the utility modelthe ridge beam is formed by I-beams of open cross-section, the lower shelf of the vertical walls of both I-beams is made with inclined sections in the zones of increasing the height of the vertical part of the ridge beam with radius transitions with ranges of R values₁= 900-1100, R₂= 2900-3000, while the total length of the inclined section is no more than 1700 mm, and the length of the straight sections of the lower shelves from the radius transition R₁up to the end part is the range of values of L₁from 1700 to 1800 mm, with a maximum height of the ridge beam H equal to the range of values of 880-1000 mm, and a minimum height of the ridge beam H₁equal to the range of values of 300-400 mm with a total length of the ridge beam of 25500 mm.

Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 представлен общий вид хребтовой балки; на фиг. 2 - вид с торца балки; на фиг. 3 - укрупненный вид части балки; фиг. 4 - распределение напряжений по всей длине хребтовой балки из заявленного диапазона значений.The essence of the claimed utility model is explained by drawings. Fig. 1 shows a general view of the ridge beam; Fig. 2 - a view from the end of the beam; Fig. 3 - an enlarged view of a part of the beam; Fig. 4 - the distribution of stresses along the entire length of the ridge beam from the declared range of values.

Позициями на фигурах обозначены:The positions on the figures indicate:

1 - первый двутавр;1 - first I-beam;

2 - второй двутавр;2 - second I-beam;

3.1 - вертикальная стенка двутавра 1;3.1 - vertical wall of I-beam 1;

3.2 - вертикальная стенка двутавра 2;3.2 - vertical wall of I-beam 2;

4 - горизонтальный лист;4 - horizontal sheet;

5 - верхняя полка;5 - top shelf;

6 - нижняя полка; 6 - lower shelf;

6.1 - наклонный участок нижней полки; 6.1 - inclined section of the lower shelf;

R₁ - радиусный переход;R ₁ - radius transition;

R₂- радиусный переход;R ₂ - radius transition;

L - общая длина наклонного участка 6.1;L - total length of the inclined section 6.1;

L₁ - длина прямого участка нижней полки в концевой части балки;L ₁ - the length of the straight section of the lower shelf at the end of the beam;

H - максимальная высота хребтовой балки;H - maximum height of the ridge beam;

H₁ - минимальная высота хребтовой балки.H ₁ - minimum height of the ridge beam.

Хребтовая балка рамы грузового вагона выполнена из двух двутавров 1 незамкнутого сечения и 2 переменной по длине высоты. Хребтовая балка в своей конструкции имеет две вертикальные стенки 3.1 и 3.2, соединенные между собой одним горизонтальным листом 4 на протяжении всей длине хребтовой балки.The ridge beam of the freight car frame is made of two I-beams 1 of open cross-section and 2 of variable height along the length. The ridge beam in its design has two vertical walls 3.1 and 3.2, connected to each other by one horizontal sheet 4 along the entire length of the ridge beam.

Каждая вертикальная стенка 3.1 и 3.2 имеет верхнюю полку 5 и нижнюю полку 6, имеющие изгибы в местах соответствующих изменений высоты вертикальных стенок 3.1 и 3.2. Each vertical wall 3.1 and 3.2 has an upper shelf 5 and a lower shelf 6, which have bends in places of corresponding changes in the height of the vertical walls 3.1 and 3.2.

Верхняя полка 5 вертикальная стенка 3.1 двутавра 1 выполнена плоской параллельно верхней полки 5 вертикальная стенка 3.2 двутавра 2 хребтовой балки.The upper shelf 5 vertical wall 3.1 of the I-beam 1 is made flat parallel to the upper shelf 5 vertical wall 3.2 of the I-beam 2 of the ridge beam.

Нижняя полка 6 вертикальная стенка 3.1 двутавра 1 выполнена плоской параллельно нижней полки 6 вертикальная стенка 3.2 двутавра 2 хребтовой балки.The lower shelf 6 vertical wall 3.1 of the I-beam 1 is made flat parallel to the lower shelf 6 vertical wall 3.2 of the I-beam 2 of the ridge beam.

Каждый двутавр 1, 2 хребтовой балки может изготавливаться составным, сваренным или гнутым в виде цельнолитой конструкции. Each I-beam 1, 2 of the ridge beam can be manufactured as a composite, welded or bent structure in the form of a cast structure.

Хребтовая балка образована двутаврами незамкнутого между собой сечения, что позволяет обеспечить требуемые прочностные характеристики балки.The ridge beam is formed by I-beams of an open cross-section, which allows for the required strength characteristics of the beam to be ensured.

Двутавры выполнены с толщиной стенок 15 мм.The I-beams are made with a wall thickness of 15 mm.

Нижняя полка 6 вертикальных стенок 3.1 и 3.2 обоих двутавров выполнена с наклонными участками 6.1 в зонах увеличения высоты вертикальной части хребтовой балки. Наклонные участки 6.1 сопровождаются радиусными переходами R₁ и R₂ с диапазонами значений R₁= 900-1100, R₂= 2900-3000, но при этом общая длина наклонного участка 6.1. (L) не превышает 1700 мм. Причем длина прямых участков L₁ нижних полок 6 от радиусного перехода R₁ до концевой части составляет диапазон значений от 1700 мм до 1800 мм. При этом максимальная высота хребтовой балки H имеет значение в диапазоне 880-1000 мм, а минимальная высота H₁ – 300-400 мм при общей длине хребтовой балки 25500 мм.The lower flange 6 of the vertical walls 3.1 and 3.2 of both I-beams is made with inclined sections 6.1 in the zones of increasing the height of the vertical part of the center beam. Inclined sections 6.1 are accompanied by radius transitions R ₁ and R ₂ with ranges of values R ₁ = 900-1100, R ₂ = 2900-3000, but the total length of the inclined section 6.1. (L) does not exceed 1700 mm. Moreover, the length of the straight sections L ₁ of the lower flanges 6 from the radius transition R ₁ to the end part is in the range of values from 1700 mm to 1800 mm. In this case, the maximum height of the center beam H has a value in the range of 880-1000 mm, and the minimum height H ₁ is 300-400 mm with a total length of the center beam of 25500 mm.

Диапазоны значений высот и длин хребтовой балки получены экспериментальным (испытания) и расчетным путем (рассчитываются соответствующие деформации и перемещения рассматриваемых сечений, а затем полученные значения сравниваются с допустимыми). После испытаний на механическую прочность, трещиностойкость конструкции (при максимальной нагрузке и прогибе) проводился анализ жесткости конструкции, в результате чего выявлены наиболее технологические выполнения хребтовой балки. Совокупность значений высот и длин показала повышение жесткости хребтовой балки и устойчивость, т.е. способность тела под нагрузкой сохранять первоначальную форму, все это позволит прослужить весь заявленный срок эксплуатации при сертифицировании продукции.The ranges of the values of the heights and lengths of the ridge beam were obtained experimentally (tests) and by calculation (the corresponding deformations and displacements of the sections under consideration are calculated, and then the obtained values are compared with the permissible ones). After testing for mechanical strength, crack resistance of the structure (under maximum load and deflection), an analysis of the rigidity of the structure was carried out, as a result of which the most technological implementations of the ridge beam were identified. The set of values of heights and lengths showed an increase in the rigidity of the ridge beam and stability, i.e. the ability of the body under load to retain its original shape, all this will allow it to serve the entire declared service life during product certification.

Выбор вышеуказанных диапазонов значений геометрических параметров хребтовой балки позволяет обеспечить необходимую прочность и жесткость конструкции хребтовой балки при минимальной металлоемкости.The selection of the above-mentioned ranges of values of the geometric parameters of the ridge beam allows for the necessary strength and rigidity of the ridge beam structure with minimal metal consumption.

Благодаря выбору оптимальных значений параметров конструкции балки, имеющей неравномерную радиусную высоту вертикальных стенок, была определена несущая способность хребтовой балки. Несущая способность хребтовой балки определяется ее геометрическими размерами, материалом изготовления и условиями эксплуатации. Главный фактор, влияющий на этот показатель, - максимальная нагрузка, которую конструкция способна выдержать без риска деформации или разрушения. Хребтовая балка была изготовлена из стали марки 09Г2С.By selecting the optimal values of the beam design parameters with an uneven radius height of the vertical walls, the bearing capacity of the ridge beam was determined. The bearing capacity of the ridge beam is determined by its geometric dimensions, the material of manufacture and the operating conditions. The main factor influencing this indicator is the maximum load that the structure can withstand without the risk of deformation or destruction. The ridge beam was made of grade 09G2S steel.

На фиг. 4 представлены результаты выполнения прочностного расчета хребтовой балки переменной по длине высоты с наклонным участком. Согласно полученным результатам напряжения, возникающие в зоне наклонного участка существенно ниже допустимых (зоны возникновения максимально допустимых напряжений отмечены желтым и красным цветом).Fig. 4 shows the results of the strength calculation of a ridge beam of variable height along its length with an inclined section. According to the results obtained, the stresses arising in the inclined section zone are significantly lower than the permissible ones (the zones of occurrence of maximum permissible stresses are marked in yellow and red).

На основании вышеизложенного можно заключить, что совокупность существенных признаков заявленной полезной модели имеет причинно-следственную связь с достигнутым техническим результатом, повысилась жесткость конструкции и соответственно увеличилась надежность вагона, что позволило решить техническую проблему.Based on the above, it can be concluded that the set of essential features of the claimed utility model has a cause-and-effect relationship with the achieved technical result, the rigidity of the structure has increased and, accordingly, the reliability of the car has increased, which made it possible to solve the technical problem.

Была изготовлена опытная партия полезной модели, которая прошла опытные работы и подтвердила свои преимущества. A pilot batch of the utility model was manufactured, which underwent experimental work and confirmed its advantages.

Пример использования. Был изготовлен крытый грузовой вагон, имеющий платформу с хребтовой балкой с переменной высотой вертикальной части и радиусными переходами, составляющими R₁=1000 и R₂=2975, при длине наклонного участка равному L=1695 мм и при длине прямых участков L₁ нижних полок от радиусного перехода R₁ до концевой части составило 1800 мм. Максимальная высота хребтовой балки H составила 915 мм, а минимальная высота H₁ = 355 мм. При указанных значениях геометрических параметров хребтовой балки было повышение жесткости и обеспечена достаточная прочность конструкции, что в свою очередь было подтверждено проведенными расчетами и натурными испытаниями.Example of use. A covered freight car was manufactured, having a platform with a center beam with a variable height of the vertical part and radius transitions of R ₁ = 1000 and R ₂ = 2975, with the length of the inclined section equal to L = 1695 mm and with the length of the straight sections L ₁ of the lower shelves from the radius transition R ₁ to the end part was 1800 mm. The maximum height of the center beam H was 915 mm, and the minimum height H ₁ = 355 mm. With the specified values of the geometric parameters of the center beam, the rigidity was increased and sufficient strength of the structure was ensured, which in turn was confirmed by the calculations and full-scale tests.

Claims

The backbone beam of a freight car frame, made of two I-beams of variable height and having two vertical walls connected to each other by a horizontal sheet along the entire length of the backbone beam, and upper and lower shelves,characterized in that the ridge beam is formed by I-beams of open cross-section, the lower shelf of the vertical walls of both I-beams is made with inclined sections in the zones of increasing the height of the vertical part of the ridge beam with radius transitions with ranges of R values₁= 900-1100, R₂= 2900-3000, while the total length of the inclined section is no more than 1700 mm, and the length of the straight sections of the lower shelves from the radius transition R₁up to the end part is the range of values of L₁from 1700 to 1800 mm with a maximum height of the ridge beam H equal to the range of values of 880-1000 mm, and a minimum height of the ridge beam H₁, equal to the range of values of 300-400 mm, with a total length of the ridge beam of 25500 mm.