надрессорная балка тележки грузового вагона

Формула изобретения

1. НАДРЕССОРНАЯ БАЛКА ТЕЛЕЖКИ ГРУЗОВОГО ВАГОНА, содержащая верхний пояс с технологическими отверстиями, включающий в себя плиту подпятника с кольцевым буртом, нижний пояс с внутренними продольными ребрами, вертикальные боковые стенки, надрессорные постели и расположенную между верхним и нижним поясами опорную колонку подпятника, отличающаяся тем, что упомянутая опорная колонка в верхней части на расстоянии от основания подпятника не более 2/3 от ее высоты расчленена в поперечном сечении при помощи жесткой технологической перегородки на две части, соединенные упругоподатливыми в вертикальной плоскости С-образными перемычками, огибающими перегородку с торца, а в своей нижней части опорная колонка сопряжена с внутренними продольными ребрами нижнего пояса, причем между основанием подпятника и перегородкой расположены технологические приливы, сопряженные с наружной поверхностью опорной колонки и образующие по наружному контуру поперечного сечения овал с переменной толщиной заключенных внутри него стенок, увеличивающейся по мере удаления от вертикальной оси колонки до размера, равного у основания подпятника, не менее толщины плиты последнего.

2. Балка по п. 1, отличающаяся тем, что верхняя и нижняя части опорной колонки соединены между собой не менее чем двумя упомянутыми С-образными перемычками, симметрично расположенными в горизонтальной плоскости.

3. Балка по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что толщина упомянутой перегородки, расчленяющей опорную колонку, равна от 0,05 до 0,15 толщины ее стенок, при этом перегородка выполнена в виде стальной пластины, одна сторона которой изолирована огнеупорным покрытием, а противоположная соединена с основным металлом технологическим спаем.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и касается конструкции надрессорных балок грузовых вагонов.

Известна надрессорная балка (авт.св. СССР N 1463593), выполненная в виде цельной пустотелой отливки, включающей верхний пояс с технологическими отверстиями, содержащий кольцевую плиту подпятника с буртом, нижний пояс с внутренними продольными ребрами, вертикальные боковые стенки с технологическими отверстиями и надрессорные постели, у которых с внутренней стороны плиты подпятника выполнены продольные и поперечные подкрепляющие ребра, а технологические отверстия верхнего пояса расположены за пределами технологических отверстий на боковых вертикальных стенках таким образом, чтобы они не пересекались совместно одними и теми же вертикальными плоскостями, касательными к концам отверстий верхнего пояса. При этом технологические отверстия верхнего пояса расположены в зоне, ограниченной плоскостями, проходящими через продольные ребра верхнего пояса.

Недостатком такой конструкции является повышенная металлоемкость подпятникового узла, воспринимающего на себя нагрузку от кузова вагона, обусловленная отсутствием жесткой связи со средней частью нижнего пояса и необходимостью снижения уровня напряжений за счет утолщения подпятниковой плиты и подкрепления ее системой ребер. В результате нарушаются условия последовательного затвердевания отливки, так как наиболее металлоемкая ее часть расположена при заливке внизу литейной формы, что ухудшает качество металла.

Известна литая надрессорная балка тележки ЦНИИ-Х3 по ГОСТ 9246-79, принятая за ближайший аналог, у которой между верхним и нижним поясами расположена опорная колонка, связывающая их в средней части детали и разгружающая подпятник (см. Скиба И.Ф. Вагоны. -М. Трансжелдориздат, 1961, с. 89, рис. 79).

Однако в результате перевалки кузова вагона такая конструкция обуславливает возникновение в плите подпятника и стенках опорной колонки знакопеременных напряжений, снижающих долговечность детали. Кроме того, в опорной колонке, жестко связывающей верхний и нижний пояса, после термической обработки появляются остаточные растягивающие напряжения из-за неравномерного охлаждения средней части надрессорной стенки, что также снижает ее долговечность в эксплуатации.

Цель изобретения повышение качества и долговечности надрессорной балки.

На фиг. 1 показана надрессорная балка, фрагмент продольного разреза средней части с установленными литейными стержнями; на фиг. 2 надрессорная балка, поперечный разрез средней части с установленными литейными стержнями; на фиг. 3 надрессорная балка, продольный разрез (вариант выполнения).

Надрессорная балка содержит верхний 1 и нижний 2 пояса, подпятниковый узел 3 и колонку 4, технологические приливы 5 у основания подпятника, две С-образные перемычки 6 внутри опорной колонки на уровне разъема литейной формы, перегородку 7, состоящую из двух половин, изготовленных из листовой стали толщиной 2 мм, покрытую с одной стороны противопригарной краской и размещенную между стержнями 8 и 9, которые устанавливают в литейную форму до постановки центрального стержня 10. В стержне 10 выполняются два литниковых канала перемычки, соединяющие верхнюю и нижнюю части боковых стенок опорной колонки 4 симметрично относительно продольной оси балки. В нижней части опорная колонка соединена с внутренним продольным ребром 11, замыкающимся на технологических отверстиях 12 нижнего пояса 2.

В другом варианте исполнения в надрессорной балке, у которой технологические отверстия 12 перенесены с нижнего пояса 2 на вертикальные боковые стенки и имеется по всей длине нижнего пояса внутреннее ребро 11, средняя часть последнего выполняется взамен нижней части опорной колонки и на этом участке доходит по высоте до линии разъема литейной формы, тем самым поддерживая снизу шкворень. В верхней части опорная колонка 4 соединена с технологическими приливами 5 и вертикальными перемычками 6, вместе с которыми переходит на ребро 11 по продольной оси балки. Перегородка 7 образует в продольном ребре щелевидные надрезы, оставляя в перемычках 6 литниковые каналы.

Существенность признаков, отличающих изобретение от аналога, заключается в следующем. Расчленение колонки в поперечном сечении необходимо с точки зрения устранения в ней остаточных термических напряжений, отрицательно влияющих на напряженно-деформированное состояние верхнего и нижнего поясов, а также позволяет обеспечить знакопостоянный цикл нагружения плиты подпятника при перевалке кузова вагона. Это подтверждается результатами исследования сопротивления усталости надрессорных балок тележки ЦНИИ-Х3 с эксплуатационными трещинами в верхней части опорной колонны, свидетельствующими о несущественности их влияния на долговечность подпятникового узла в эксплуатации. На основании этих результатов Министерством путей сообщения разрешено приказом N Т-3953 от 19.02.87 не браковать балки при капитальном и деповском ремонте грузовых вагонов с наличием трещин независимо от длины в верхней части внутренней колонки.

Непременным условием передачи нагрузки расчлененной опорной колонкой от подпятника на нижний пояс является использование жесткой (несминаемой) перегородки. Для этого ее целесообразно изготавливать в виде стальной пластины, прочно соединенной одной стороной с опорной колонкой. При этом толщина пластины должна быть в пределах 0,05-0,15 толщины детали, чтобы в процессе заполнения литейной формы выдерживать без расплавления тепловой и гидравлический напор жидкого металла и в то же время удовлетворять условию образования технологического спая с основным металлом. По результатам теплофизических расчетов и экспериментальным данным эти условия можно выполнить, ограничивая пределы изменения толщины перегородки в зависимости от преобладающего размера толщины стенок отливки. Если толщина перегородки меньше 0,05, то она разупрочняется при контакте с расплавленной сталью и не выдерживает воздействия поднимающегося верхнего уровня жидкого металла при заполнении литейной формы. При толщине 0,15 перегородка является термически толстым телом и за время контакта с расплавленной сталью не успевает прогреться до температуры, необходимой для образования технологического спая. Чтобы избежать сваривания перегородки с основным металлом обеими сторонами, одну из них следует изолировать огнеупорным покрытием, например противопригарной краской, при соблюдении допускаемой толщины перегородки.

Размещение между основанием подпятника и перегородкой технологических приливов позволяет обеспечить условия подпитывания жидким металлом в процесс кристаллизации подпятникового узла без постановки прибылей. При этом технологические приливы выполняют роль усиливающих элементов подпятникового узла. Для создания условия выполнения затвердевающего металла в подпятниковой плите технологические приливы выполнены таким образом, что в них формируются конуса затвердевания, выводящие усадочные раковины внутрь приливов. Это возможно в том случае, если технологические приливы сопрягаются со стенками опорной колонки, образуя по наружному контуру овал, с утолщением их по мере удаления от вертикальной оси колонки. При этом наибольший размер заключенной внутри овала стенки ориентирован по продольной оси детали и должен быть равен, как минимум, толщине плиты подпятника.