пассажирский вагон

Формула изобретения

Пассажирский вагон, содержащий кузов с боковыми стенами, полом и крышей, отличающийся тем, что он снабжен продольной вертикальной диафрагмой, установленной в плоскости симметрии вагона, дискретно расположенными по длине вагона поперечными переборками и продольным горизонтальным поддоном, причем продольная вертикальная диафрагма, поперечные переборки и продольный горизонтальный поддон размещены снизу между головной и тыльной колесными парами вне кузова и жестко на нем закреплены с образованием единой несущей конструкции вагона.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области железнодорожного вагоностроения, в частности к конструкции пассажирских вагонов.

Известна конструкция опытных вагонов скоростного поезда "Русская тройка" (РТ 200) по книге "Вагоны. Конструкция, теория и расчет" под редакцией Л.А. Шадура, М.: Транспорт, 1980. Вагон содержит металлический кузов, включающий основные несущие элементы - пол, боковые стены и крышу. Для снижения аэродинамического сопротивления при движении поезда подвагонное пространство на длине 8,3 м ( из полной длины кузова вагона, равной 26,384 м) в средней части вагона перекрыто кожухом-обтекателем, который одновременно выполняет дополнительную функцию вспомогательного несущего элемента, повышающего изгибную жесткость вагона в целом ( см. "Вагоны...", стр.397, стр.398 - рис. XIII.18 и стр. 399 - рис.XIII.19).

Однако в связи с самой спецификой назначения, а следовательно, и конструктивного исполнения кожух-обтекатель не может быть вовлечен в работу при изгибе вагона в сколько-нибудь достаточном объеме, но лишь в той малой степени, в какой он, будучи съемной конструкцией, допускающей проскальзывание по линии крепления его к кузову, может отвечать требованиям неразрывности деформации при работе с кузовом как единое упругое целое.

Отсюда - участие кожуха-обтекателя как вспомогательного несущего элемента более символическое, чем практическое.

Известна также конструкция пассажирского купейного вагона по авторскому свидетельству СССР, N 1572881, кл. В 61 D 17/00, 1990. Пассажирский купейный вагон содержит металлический кузов, включающий основные силовые элементы - пол, боковые стены, крышу и, кроме того, встроенный в кузов продольно-осевой коридор, образованный двумя продольными вертикальными перегородками и потолком, скрепленным с крышей кузова с помощью продольного вертикального ребра жесткости, установленного в плоскости продольной оси симметрии вагона.

Продольное вертикальное ребро жесткости явилось той дополнительной связью, которая замкнула еще одним, вспомогательным, силовым звеном пол кузова с крышей в единую несущую конструкцию, чем было достигнуто повышение продольной изгибной жесткости и прочности вагона в целом.

Вместе с тем то обстоятельство, что продольное вертикальное ребро жесткости, расположенное между крышей кузова и потолком коридора, размещено, как и сам коридор, внутри кузова вагона, обусловило лишь незначительную удаленность этого ребра жесткости и, тем более, потолка коридора от горизонтальной нейтральной оси поперечного сечения кузова вагона, что неизбежно повлекло за собой снижение той эффективности в увеличении продольной изгибной жесткости и прочности вагона, которая стала бы возможна в случае размещения продольного вертикального ребра жесткости и потолка коридора вне кузова вагона.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является конструкция пассажирского купейного вагона по патенту Швейцарии N 601045, кл. В 61 D 17/00, 1976 - прототип.

Вагон содержит металлический кузов, включающий основные несущие элементы - пол, вертикальные боковые стены и крышу, а также встроенные в кузов вспомогательные несущие элементы.

В патенте описаны три различных варианта исполнения вспомогательных несущих элементов кузова.

На фиг. 1 и 2 показан вагон, содержащий металлический кузов со встроенным в него продольно-осевым коридором, образованным двумя продольными вертикальными перегородками и металлическим потолком, скрепленным с крышей кузова посредством двух металлических продольных полос, имеющих наклон относительно вертикальной плоскости. Продольно-осевой коридор, с его продольными вертикальными перегородками, состоящими из металлического полотна, подкрепленного вертикальным набором, помимо своего основного назначения, выполняет дополнительную функцию: его конструктивные элементы включены в единую несущую систему вагона в качестве вспомогательных силовых элементов.

На фиг. 3 и 4 патента Швейцарии представлена конструкция купейного пассажирского вагона, где обе продольные вертикальные перегородки продольно-осевого коридора имеют несущий каркас, выполненный в виде системы металлических смежных плоских рам, замыкающихся внизу на металлические продольные связи рамы кузова с металлическим настилом пола, а вверху - на металлический плоский потолок продольно-осевого коридора, который, в свою очередь, скреплен с крышей кузова вагона посредством двух металлических продольных полос, имеющих наклон относительно вертикальной плоскости.

Продольные вертикальные перегородки и плоский потолок коридора, помимо своего основного назначения, выполняют дополнительную роль в качестве вспомогательных силовых элементов единой несущей системы вагона.

На фиг. 5 и 6 представлена конструкция пассажирского купейного вагона, где вместо продольного осевого коридора в кузов встроена, в продольно-вертикальной его плоскости, продольно вертикальная перегородка, несущий каркас которой образован металлической плоской ферменной конструкцией, внизу замыкающейся на продольную металлическую балку рамы кузова с металлическим настилом пола, а вверху - на металлический коробчатый профиль (состоящий из плоского горизонтального листа и двух наклонных листов), скрепленный с крышей кузова вагона. Продольная вертикальная перегородка, помимо своего основного назначения - разделения вагона по ширине на две равные половины, - для устройства в них пассажирских купе, - выполняет, совместно с верхним коробчатым профилем, дополнительную функцию в качестве вспомогательного несущего элемента единой силовой системы вагона.

Все три разновидности конструкции пассажирского купейного вагона по патенту Швейцарии (фиг. 1-6) имеют одну и ту же дополнительную конструкционную особенность: снизу кузова к боковым торцам всех без исключения поперечных балок горизонтальной рамы кузова вагона, с помощью вертикальных коротышей, состоящих из книц со свободным пояском, крепятся продольные металлические связи коробчатого профиля, идущие по бокам вагона практически на всю длину кузова.

Число крепящихся коротышей с каждой из двух боковых сторон кузова равно числу всех поперечных балок (включая и две могучие шкворневые), таким образом наличие этих книц со свободными поясками не является помехой для осмотра и обслуживания ходовой части вагона и подвагонных агрегатов. Введенные в конструкцию вагона продольные связи коробчатого профиля, закрепленные снизу на поперечных балках горизонтальной рамы кузова посредством вертикальных коротышей, позволили повысить продольную изгибную жесткость и прочность вагона в целом, - за счет того, что продольные связи коробчатого профиля вынесены за контур кузова и таким образом отстоят достаточно далеко от горизонтальной нейтральной оси поперечного сечения кузова вагона, и это отстояние более значительное, чем продольных вертикальных перегородок, размещенных внутри кузова.

Таким образом, то обстоятельство, что несущие элементы продольных вертикальных перегородок и их связей с полом и крышей кузова размещены внутри кузова вагона, в незначительной удаленности от горизонтальной нейтральной оси поперечного сечения кузова, а вынесенные за контур кузова продольные связи коробчатого профиля, закрепленные на кузове лишь с помощью вертикальных коротышей, образуют вместе с коротышами систему рам с прямоугольными полями и подвижными узлами, которая, не имея важных силовых элементов в виде раскосов (присущих, например, всем ферменным конструкциям), лишь незначительно сопротивляется перемещениям (природы сдвиговых деформаций, вызываемых изгибом) продольных связей коробчатого профиля относительно кузова вагона при продольном изгибе вагона в целом, и как следствие эти продольные связи вовлечены в общий изгиб вагона настолько же незначительно и в той же малой мере влияют на повышение продольной изгибной жесткости и прочности вагона, - все эти конструктивные разработки вспомогательных силовых элементов не позволили конструкции пассажирского купейного вагона достигнуть более весомого повышения продольной жесткости и прочности вагона, какое может быть достигнуто.

Предлагаемым изобретением предлагается повышение продольной изгибной жесткости и прочности вагона, свободного от отмеченных выше недостатков и обладающего необходимой жесткостью для удовлетворения требуемых норм по частотам свободных колебаний (как порожнем, так и в полном грузу), например, не менее 10 Гц, что более затруднительно выполнить применительно к вагону, изготовленному из легких материалов, типа алюминиево-магниевых сплавов (АМГ), обладающих пониженной, практически в три раза по сравнению со сталью, величиной модуля нормальной упругости (модуля Юнга), достаточным запасом прочности в эксплуатационных условиях, при движении как порожнем, так и в полном грузу, как в режиме нормальной эксплуатации, так и в режиме типа экстренного торможения, что также труднее обеспечивается при изготовлении вагона из легких сплавов типа АМГ, способностью дополнительных конструктивных элементов, за счет которых достигнута намеченная эффективность повышения продольной изгибной жесткости и прочности вагона, выполнять функции фундаментных конструкций для размещения на них не только обычных подвагонных агрегатов, но и оборудования значительных весогабаритных параметров, способность достаточно свободного доступа для сборочно-монтажных и ремонтно-демонтажных работ с оборудованием, технологичностью в изготовлении и простоте в монтаже на кузове вагона.

Для достижения поставленной цели вагон снабжен металлическими: продольной вертикальной диафрагмой, установленной в плоскости симметрии вагона, продольным горизонтальным поддоном и поперечными переборками, размещенными вне его кузова, например, снизу, и жестко на нем закрепленными, при этом отстояния центров тяжести их поперечных сечений от горизонтальной нейтральной оси поперечного сечения кузова вагона увеличены более значительно, чем в варианте размещения их внутри кузова и как следствие более значительно повышены продольная изгибная жесткость вагона (за счет увеличения момента инерции несущих элементов поперечного сечения) и продольная изгибная прочность (за счет увеличения момента сопротивления того же поперечного сечения).

На фиг. 1 схематично показан пассажирский вагон, общий вид; на фиг.2 - сечение А-А.

Пассажирский вагон 1 содержит металлический кузов, образованный горизонтальной рамой кузова с полом 2, боковыми стенами 3 и крышей 4, а также размещенные вне кузова снизу, на длине около половины расстояния между головной и тыльной смежными колесными парами (в случае четырехосного вагона) или двумя колесными парами (в случае двухосного вагона), металлические продольную вертикальную диафрагму 5, установленную в плоскости симметрии вагона, продольный горизонтальный поддон 6 и поперечные переборки 7.

Диафрагма 5 жестко закреплена на кузове вагона непосредственно и выполнена в виде плоского перекрытия, состоящего из полотна и набора в виде ребер жесткости. В полотне имеются отверстия, - для облегчения веса и удобства при монтаже и обслуживании подвагонных агрегатов и оборудования, установленного на поддоне. Размер по высоте диафрагмы 5 назначен исходя из требуемой величины необходимого повышения продольной изгибной жесткости и прочности кузова вагона, а также из габаритных параметров по высоте оборудования, установленного на поддоне 6, с сохранением в неприкосновенности необходимого запаса по высоте, от крайнего конструктивного элемента поддона 6 до полотна железнодорожной магистрали, например, до уровня верха головки рельса.

Поддон 6 жестко закреплен на диафрагме 5 и, через нее, а также посредством поперечных переборок 7, на кузове вагона, завершая единую силовую конструкцию вагона. Размеры поддона 6 по ширине и толщине полотна определены исходя из требуемой величины повышения продольной изгибной жесткости и прочности кузова вагона, а также - из габаритных размеров оборудования, для которого поддон 6 стал монтажной площадкой и одновременно фундаментом. Поддон 6 выполнен в виде плоского перекрытия, состоящего из полотна и набора. Толщина полотна и профиль балок набора определены расчетным путем.

Поперечные переборки 7, являясь дополнительными силовыми связями между кузовом вагона и вновь установленными вспомогательными силовыми элементами - диафрагмой 5 и поддоном 6, будучи жестко закреплены на кузове, замыкают дискретно, через определенные интервалы по длине вагона, элементы 5 и 6 с кузовом вагона в единую несущую конструкцию. Переборки 7 выполняют, кроме того, функцию опор смежных перекрытий диафрагмы 5 и поддона 6, а расстояние между переборками 7 определяют размер по длине перекрытий таким образом, чтобы были обеспечены прочность и устойчивость этих перекрытий, как общие - при работе их в составе вагона в целом, так и местные - при работе их в качестве фундаментальных конструкций, несущих на себе оборудование и агрегаты.

Достигнутая взаимная увязка всех основных несущих элементов кузова вагона с дополнительными, вспомогательными, несущими элементами, вынесенными за кузов вниз и жестко на нем закрепленными - продольной вертикальной диафрагмой, продольным горизонтальным поддоном и дискретными поперечными переборками позволила реализовать выполнение требуемых продольной изгибной жесткости и прочности вагона при достаточно оптимальных весогабаритных параметрах вагона в целом, обеспечив, помимо этого, дополнительную базу для размещения на поддоне ряда оборудования и подвагонных агрегатов. Вынос из кузова вагона значительного по габаритам оборудования имеет, как следствие, высвобождение площадей и объемов внутри вагона, которые могут быть использованы, например, для размещения дополнительных мест для пассажиров.