КОТЁЛ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ВАГОНА-ЦИСТЕРНЫ

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, в частности к конструкции котла вагонов-цистерн.
Известен котёл железнодорожного вагона-цистерны, содержащий днища, обечайку, усиленную верхними и нижними шпангоутами, жёстко закреплёнными на наружной поверхности котла, нижние концы верхних шпангоутов соединены попарно с соответствующими верхними концами нижних шпангоутов с помощью накладки, жёстко закреплённой на наружной поверхности котла вагона-цистерны, см. RU 192510, B61D 5/00, B65D 88/74, опубл. 18.09.2019 (прототип).
Технической проблемой указанного устройства является нестабильность достижения заданных технических характеристик, а именно, прочностных характеристик котла железнодорожного вагона-цистерны, вызванных большим разбросом исполнительных геометрических параметров и размеров при изготовлении котла железнодорожного вагона-цистерны данной конструкции.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение прочности котла железнодорожного вагона-цистерны при обеспечении его максимальной вместительности в пределах допустимого поперечного габарита железнодорожного подвижного состава.
Указанный результат достигается котлом железнодорожного вагона-цистерны, содержащим днище, обечайку, усиленную верхними и нижними шпангоутами, жёстко закреплёнными на наружной поверхности котла, нижние концы верхних шпангоутов соединены попарно с соответствующими верхними концами нижних шпангоутов с помощью накладки, жёстко закреплённой на наружной поверхности котла вагона-цистерны, нижние и верхние концы шпангоутов расположены на расстоянии Н от центральной горизонтальной оси О-О симметрии котла, выполненном в диапазоне от 0,00125D до 0,16D, размер L между выступающими кромками концов шпангоутов выполнен в диапазоне от 0,9D до 1,05D, где D – наружный диаметр котла; расстояние S между концами верхних и нижних шпангоутов может быть выполнено в диапазоне от 100 мм до 500 мм.
Заявляемая полезная модель отличается от прототипа тем, что нижние и верхние концы шпангоутов расположены на расстоянии Н от центральной горизонтальной оси О-О симметрии котла, выполненном в диапазоне от 0,00125D до 0,16D, размер L между выступающими кромками концов шпангоутов выполнен в диапазоне от 0,9D до 1,05D, где D – наружный диаметр котла; расстояние S между концами верхних и нижних шпангоутов выполнено в диапазоне от 100 мм до 500 мм.
Такие отличия дают основание утверждать о соответствии предлагаемого технического решения критерию патентоспособности полезной модели – «новизна».
Полезная модель представлена на чертежах, где:
- на Фиг. 1 – котёл железнодорожного вагона-платформы, общий вид;
- на Фиг. 2 – выносной элемент А с Фиг. 1;
- на Фиг. 3 – котёл железнодорожного вагона-цистерны, вид с торца.
Котёл железнодорожного вагона-цистерны содержит днища 1 (Фиг. 1), обечайку 2. Обечайка 2 (Фиг. 2) усилена верхними шпангоутами 3 и нижними шпангоутами 4, жёстко закреплёнными на наружной поверхности котла вагона-цистерны. Нижние концы 3.1 верхних шпангоутов 3 соединены попарно с соответствующими верхними концами 4.1 нижних шпангоутов 4 с помощью накладок 5, которые жёстко закреплены на наружной поверхности котла вагона-цистерны.
Нижние концы 3.1 верхних шпангоутов 3 и верхние концы 4.1 нижних шпангоутов 4 расположены на расстоянии Н (Фиг. 3) от центральной горизонтальной оси О-О симметрии котла, выполненном в диапазоне от 0,00125D до 0,16D, где D – наружный диаметр котла.
Размер L, измеренный в поперечном направлении между выступающими кромками нижних концов 3.1 верхних шпангоутов 3 и верхних концов 4.1 нижних шпангоутов 4, выполнен в диапазоне от 0,9D до 1,05D.
Расстояние S между концами верхних и нижних шпангоутов может быть выполнено в диапазоне от 100 мм до 500 мм.
Выполнение шпангоутов 3, 4 не охватывающими котёл вагона-цистерны в районе центральной горизонтальной плоскости позволяет увеличить наружный диаметр D котла до максимально возможного значения в заданном поперечном габарите для получения наибольшего значения объёма внутренней полости котла при обеспечении максимального использования допустимого поперечного габарита железнодорожного подвижного состава.
Для этого нижние концы 3.1 верхних шпангоутов 3 и верхние концы 4.1 нижних шпангоутов 4 размещены на расстоянии Н, соответственно, вверх и вниз от центральной горизонтальной оси О–О симметрии котла. Расстояние Н выполнено в диапазоне от 0,00125D до 0,16D и может составлять, например, от 4 до 520 мм, при этом наружный диаметр D составляет от 2800 до 3408 мм.
Размер L между выступающими кромками концов шпангоутов 3, 4 выполнен в диапазоне от 0,9D до 1,05D. При расстоянии L менее 0,9D нарушается критерий устойчивости котла и растут внутренние механические напряжения в котле вблизи концов 3.1, 4.1 шпангоутов 3, 4 выше допускаемых значений. При расстоянии L более 1,05D увеличивается металлоемкость всей конструкции и уменьшается объём котла без существенного прироста прочностных характеристик.
Расстояние S между концами верхних 3 и нижних 4 шпангоутов выполнено в диапазоне от 100 мм до 500 мм. При значении S менее 100 мм требуется уменьшение диаметра котла, что влечет за собой потерю его полезного объёма. При расстоянии между концами 3.1, 4.1 шпангоутов 3, 4 более 500 мм нарушается критерий устойчивости оболочки котла, а также происходит рост напряжений вблизи концов 3.1, 4.1 шпангоутов 3, 4 выше допускаемых значений.
Применение накладок 5, соединяющих нижние концы 3.1 верхних шпангоутов 3 с верхними концами 4.1 нижних шпангоутов 4, позволяет снизить внутренние механические напряжения в зоне концов 3.1, 4.1 шпангоутов 3, 4.
Таким образом, выполнение шпангоутов 3, 4 не охватывающими котёл вагона-цистерны в районе центральной горизонтальной плоскости на расстоянии Н от центральной горизонтальной оси О-О симметрии котла в диапазоне от 0,00125D до 0,16D при одновременном выполнении размера L между выступающими кромками концов 3.1 или 4.1 шпангоутов 3, 4 в диапазоне от 0,9D до 1,05D позволяет увеличить наружный диаметр D котла до максимально возможного значения в разрешённом поперечном габарите при сохранении условий прочности и критериев устойчивости оболочки котла, что обеспечивает получение заявленного технического результата - повышение прочности котла железнодорожного вагона-цистерны при обеспечении его максимальной вместительности в пределах допустимого поперечного габарита.