ВАГОН-ЦИСТЕРНА

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящая полезная модель относится к железнодорожному подвижному составу, в частности к вагонам-цистернам, и более конкретно, настоящая полезная модель относится к конструкции узла крепления котла вагона-цистерны к его раме.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известны конструкции железнодорожных вагонов-цистерн, содержащие две пары лап котла, посредством которых котёл жёстко крепится на рамной конструкции вагона цистерны. В указанных конструкциях каждая пара лап котла расположена с обеих сторон котла и так, что каждая пара лап котла находится в центральной части котла. Лапы выполнены продолговатой несимметричной формы, т.е. так, что противоположные концы лап не симметричны друг другу, а один конец имеет более вытянутую форму, чем другой.
Указанные конструкции лап котла раскрыты, например, в следующих патентных документах: RU 157804, опубл. 10.12.2015; RU 167052, опубл. 20.12.2016; RU 175346, опубл. 01.12.2017.
Недостатком известных конструкций является то, что при изгибе рамы вагона-цистерны под действием продольных нагрузок возникает локальная зона с повышенными напряжениями вокруг лап и на лапах в центральной части котла. Известным решением данной проблемы является применение усиливающих элементов на котле, что приводит к увеличению металлоёмкости и к необходимости дополнительных технологических операций при изготовлении.
Технической проблемой, на решение которой направлено создание заявленной полезной модели, является наличие высоких внутренних напряжений в конструкции узла крепления котла вагона-цистерны, в частности вокруг лап и на лапах котла.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
1
1
2
1
2
1
Указанная проблема решается предлагаемым вагоном-цистерной, содержащим рамную конструкцию, на которой установлен котел посредством четырех лап котла, выполненных продолговатой формы, причем в продольном направлении противоположные концевые части каждой лапы котла симметричны друг другу. Для каждой лапы котла длина L первого края лапы котла, расположенного со стороны котла, определяется из соотношения L = L + 2R, где L – длина второго края лапы котла, расположенного со стороны рамной конструкции, R - радиус, определяющий форму каждой концевой части лапы котла.
Технический результат заключается в снижении уровня напряжений, возникающих вокруг лап и на лапах котла вагона-цистерны и, как следствие, в повышении надёжности конструкции вагона-цистерны в целом, без увеличения металлоёмкости.
1
1
2
1
2
1
Соединение котла с рамной конструкцией вагона-цистерны обеспечивается посредством четырех лап котла в центральной части котла. Использование четырех лап котла позволяет распределить нагрузки, действующие на раму вагона цистерны, за счет их равномерного расположения вдоль котла. Однако, в силу того, что рама вагона-цистерны при действии продольных нагрузок изгибается под котлом, возникает локальная зона с повышенными напряжениями вокруг лап и на лапах в центральной части котла. В предлагаемой конструкции лап котла, а именно за счёт продолговатой формы с симметричными противоположными концевыми частями, обеспечивается равномерное распределение нагрузок, что снижает уровень напряжений, действующих вокруг лап и на лапы котла. Дополнительно, при обеспечении размеров каждой лапы котла, где длина L первого края лапы котла, расположенного со стороны котла, определяется из соотношения L = L + 2R (L – длина второго края лапы котла, расположенного со стороны рамной конструкции, R - радиус, определяющий форму каждой концевой части лапы котла), достигается оптимальное распределение нагрузок и, как следствие, обеспечивается прочность лапы котла, при которой отсутствует необходимость применения усиливающих элементов в конструкции узла крепления.
1
1
1
В одном из вариантов исполнения радиус R концевой части лапы котла находится в диапазоне от 80 мм до 300 мм. При величине радиуса R менее 80 мм, радиус будет выступать концентратором напряжений, и на лапах котла возникнет напряженно-деформированное состояние, что приведет к потере необходимой прочности. При величине радиуса R, равной больше 300 мм, лапа котла не будет обладать достаточной жёсткостью.
Таким образом, предложенный диапазон от 80 мм до 300 мм подобран с учётом напряжённо-деформированного состояния конструкции.
2
в
в
в
в
в
Также в одном из вариантов исполнения длина L второго края лапы котла находится в диапазоне от 0,13 L до 0,16 L, где L – длина базы вагона-цистерны, т.е. расстояние между передней и задней осями вагона-цистерны. Минимальное значение (0,13L) обусловлено минимальным расстоянием для размещения необходимого количества болтов для надёжного крепления котла на раме вагона-цистерны. Максимальное значение (0,16 L) обусловлено тем, что при применении большей величины металлоёмкость конструкции будет излишней.
Также в одном из вариантов исполнения толщина лапы находится в диапазоне от 10 мм до 14 мм. Диапазон величин выбран по результатам расчёта статической и циклической прочности.
Дополнительно, вагон-цистерна может содержать накладки лапы котла, которые присоединены к котлу и к которым присоединены лапы котла. Накладки лапы котла упрочняют место крепления лап котла к котлу вагона-цистерны путём дополнительного утолщения стенки котла, что повышает прочность узла крепления и надёжность конструкции в целом, а также снижает уровень напряжений, возникающих вокруг лап.
2
2
3
1
1
1
Также в одном из вариантов исполнения радиус R накладки лапы котла находится в диапазоне от 50 мм до 300 мм. При величине радиуса R менее 50 мм радиус будет выступать концентратором напряжений, и вокруг лап котла возникнет напряженно-деформированное состояние, что приведет к потере необходимой прочности узла крепления лап котла к котлу вагона-цистерны. Максимальное значение (300 мм) обусловлено тем, что при применении большей величины металлоёмкость конструкции будет излишней. При этом длина L накладки лапы котла может находиться в диапазоне от (L+200) мм до (L+400) мм. Минимальное значение обусловлено минимальной длиной L лапы котла, а при превышении максимального значения конструкция будет иметь излишнюю металлоёмкость. Толщина накладки лапы котла находится в диапазоне от 6 мм до 14 мм. Толщина была выбрана по результатам расчёта статической и циклической прочности.
Таким образом, предлагаемая конструкция вагона-цистерны обеспечивает снижение уровня напряжений, возникающих вокруг лап и на лапах котла вагона-цистерны за счёт равномерного распределения нагрузок и обеспечения оптимальной прочности лапы котла, при которой отсутствует необходимость применения усиливающих элементов в конструкции узла крепления. Таким образом, обеспечивается повышение надёжности конструкции вагона-цистерны без увеличения ее металлоёмкости.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Сущность полезной модели более подробно поясняется со ссылкой на прилагаемые чертежи:
Фиг. 1 – общий вид котла вагона-цистерны;
Фиг. 2 – лапа котла вагона-цистерны;
Фиг. 3 – накладка лапы котла вагона-цистерны.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Котёл 1 (Фиг. 1) может быть установлен на раме (не показана) вагона-цистерны посредством узла крепления, который содержит две пары лап 2. Каждая пара лап 2 расположена с обеих сторон котла 1 в центральной части котла 1. Указанное количество лап 2 и их расположение необходимо для надёжного крепление котла 1 на раме вагона- цистерны.
В лапах 2 выполнены отверстия 3, например, для болтового соединения (Фиг. 2) лап 2 с лапами рамы (не показаны).
1
1
1
1
1
Каждая лапа 2 выполнена продолговатой формы для увеличения площади сцепления с лапой рамы. В продольном направлении противоположные концевые части 4 лапы 2 выполнены симметричными друг другу. Концевые части 4 имеют вытянутую форму, получаемую в результате скоса углов, расположенных со стороны рамной конструкции. Радиус R скоса, определяющий форму каждой концевой части 4 лапы 2, находится диапазоне от 80 мм до 300 мм. При этом, чем больше радиус R, тем более вытянутую форму имеют концевые части 4 лапы 2 котла 1. При величине радиуса R менее 80 мм радиус будет выступать концентратором напряжений, и на лапах котла возникнет напряженно-деформированное состояние, что приведет к потере необходимой прочности. При величине радиуса R свыше 300 мм лапа 2 котла 1 не будет обладать достаточной жёсткостью. Симметричность концевых частей 4 и скосы по дуге окружности обеспечивают снижение уровня напряжений в лапах 2 котла 1, высокую технологичность и низкую металлоёмкость конструкции лапы 2 котла 1, при этом предлагаемые значения радиуса R обеспечивают необходимую жёсткость и прочность лапы 2 котла 1.
1
2
1
Размеры каждой лапы 2 котла 1 заданы соотношением L = L + 2R, где
1
L - длина первого края лапы 2 котла 1, расположенного со стороны котла 1,
2
L - длина второго края лапы 2 котла 1, расположенного со стороны рамной конструкции,
1
R - радиус, определяющий форму каждой концевой части 4 лапы котла.
2
в
в
Длина L второго края лапы 2 котла 1 находится в диапазоне от 0,13L до 0,16L, где
в
L – длина базы вагона-цистерны, т.е. расстояние между передней и задней осями вагона-цистерны.
в
Минимальное значение 0,13L обусловлено минимальным расстоянием для размещения необходимого количества болтов для надёжного крепления котла 1 на раме вагона-цистерны.
в
Максимальное значение 0,16 L мм обусловлено тем, что при применении большей величины металлоёмкость конструкции будет излишней.
Толщина лапы 2 находится в диапазоне от 10 мм до 14 мм. Указанный диапазон является оптимальным для обеспечения достаточной статической и циклической прочности.
Предложенные диапазоны размеров обеспечивают достаточную прочность лап 2 для надёжного крепления котла на раме вагона-цистерны, что позволяет не использовать дополнительные усиливающие элементы, за счёт чего снижается металлоёмкость узла крепления котла.
2
3
1
1
Также лапы 2 снабжены накладками 5, приваренными к наружной цилиндрической поверхности котла 1. Накладки 5 выполнены продолговатой формы с симметричными противоположными концевыми частями 6 (Фиг. 3). Концевые части 6 накладки 5 лапы котла выполнены скруглёнными, радиус R скругления которых находится в диапазоне от 50 мм до 300 мм. Длина L накладки 5 находится в диапазоне от (L+200) мм до (L+400) мм. Толщина накладки 5 находится в диапазоне от 6 мм до 14 мм. Указанные размеры обеспечивают прочность накладок 5, которые в свою очередь упрочняют место крепления котла 1 на раме вагона-цистерны.
Таким образом, предлагаемый узел крепления котла 1 на раме вагона-цистерны обладает улучшенными техническими характеристиками, а, именно, повышенной технологичностью, пониженным уровнем напряжений, возникающих вокруг лап и на лапах котла, и повышенной надёжностью конструкции вагона-цистерны, по сравнению с известными конструкциями, благодаря чему устраняются недостатки предшествующего уровня техники.
Настоящая полезная модель не ограничена конкретными вариантами, раскрытыми в описании в иллюстративных целях, и охватывает все возможные модификации и альтернативы, входящие в объём настоящей полезной модели, определённый формулой полезной модели.