ВАГОН-ЦИСТЕРНА

Полезная модель относится к железнодорожному подвижному составу, в частности к вагонам-цистернам.
Известны железнодорожные вагоны-цистерны, содержащие котлы, установленные на рамах. Котлы вагонов-цистерн своими концевыми частями опираются на боковые опоры и фиксируются на них от вертикальных и поперечных перемещений стяжными хомутами. В нижней средней части котла расположены фасонные лапы, которые соединены призонными болтами с лапами хребтовой балки рамы и предотвращают продольные перемещения котла. (Специализированные цистерны для перевозки опасных грузов. Справочное пособие. - М.: Издательство стандартов. МПС РФ, 1990).
В эксплуатации вагонов-цистерн наибольшие напряжения возникают в котле вагона-цистерны в зоне боковых опор и в зонах окончания фасонных лап. Например, в момент продольного удара одна боковая опора обезгруживается из-за вертикальной составляющей продольной инерционной силы, а вторая боковая опора наоборот перегружается, вследствие чего в зоне концов фасонных лап котла возникают повышенные напряжения, приводящие к трещинам и другим дефектам котла, что значительно снижает надёжность вагона-цистерны в целом.
Технической проблемой известных вагонов-цистерн является их недостаточная надёжность и низкая технологичность процесса установки котла вагона-цистерны на раму.
Техническим результатом полезной модели является повышение надёжности вагона-цистерны.
Заявляемый технический результат обеспечивается вагоном-цистерной, содержащим раму и котёл, собранный из центральных царг, концевых царг и днищ, при этом котёл своими концевыми царгами опирается на боковые опоры рамы и фиксируется стяжными хомутами, а центральными царгами – на лапы хребтовой балки рамы через фасонные лапы, жёстко установленные на центральные царги, и фиксируется посредством взаимного соединения фасонных лап с лапами хребтовой балки рамы болтами, в котором каждая концевая царга выполнена в виде усечённого конуса с верхней образующей, расположенной под углом α не менее 3° к горизонтальной плоскости центральной царги, при этом место соединения каждой концевой царги с центральной царгой находится на расстоянии не менее 100 мм от расположения стяжных хомутов.
В варианте исполнения полезной модели место соединения каждой концевой царги с центральной царгой может находиться на расстоянии от 100 до 300 мм от расположения стяжных хомутов.
В качестве развития полезной модели каждая концевая царга может быть выполнена в виде наклонного усечённого конуса; каждая концевая царга может быть выполнена в виде наклонного усечённого конуса с нижней образующей концевой царги, коллинеарной с нижней образующей центральной царги.
В качестве развития полезной модели каждый стяжной хомут может быть выполнен шириной от 80 до 130 мм. В варианте исполнения каждый стяжной хомут может быть выполнен шириной от 101 до 130 мм. Каждый стяжной хомут может быть выполнен толщиной от 6 до 12 мм. В варианте исполнения каждый стяжной хомут может быть выполнен толщиной от 8,5 до 12 мм.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемый вагон-цистерна отличается от прототипа тем, что каждая концевая царга выполнена в виде усечённого конуса с верхней образующей, расположенной под углом α не менее 3° к горизонтальной плоскости центральной царги, при этом место соединения каждой концевой царги с центральной царгой находится на расстоянии не менее 100 мм от расположения стяжных хомутов; место соединения каждой концевой царги с центральной царгой может находиться на расстоянии от 100 до 300 мм от расположения стяжных хомутов; каждая концевая царга может быть выполнена в виде наклонного усечённого конуса; каждая концевая царга может быть выполнена в виде наклонного усечённого конуса с нижней образующей концевой царги, коллинеарной с нижней образующей центральной царги; каждый стяжной хомут может быть выполнен шириной от 80 до 130 мм; каждый стяжной хомут может быть выполнен шириной от 101 до 130 мм; каждый стяжной хомут может быть выполнен толщиной от 6 до 12 мм; каждый стяжной хомут может быть выполнен толщиной от 8,5 до 12 мм. Такое отличие от прототипа даёт основание утверждать о соответствии предлагаемого технического решения критерию патентоспособности полезной модели – «новизна».
Предлагаемая полезная модель поясняется графическим материалом, где на фиг. 1 показан общий вид вагона-цистерны; на фиг. 2 – сечение А-А фиг. 1.
Вагон-цистерна (фиг. 1 и фиг. 2) содержит раму 1 и котёл 2. Котёл 2 собран из центральных царг 2.1, концевых царг 2.2 и днищ 2.3. Котёл 2 своими концевыми царгами 2.2 опирается на боковые опоры 3 рамы 1 и фиксируется стяжными хомутами 4, а центральными царгами 2.1 – на лапы 5 хребтовой балки 1.1 рамы 1 через фасонные лапы 6, жёстко установленные на центральные царги 2.1, и фиксируется посредством взаимного соединения фасонных лап 5 с лапами 6 хребтовой балки 1.1 рамы 1 болтами 7.
Технический результат, который заключается в повышении надёжности вагона-цистерны, достигается следующим образом.
Каждая концевая царга 2.2 выполнена в виде усечённого конуса 2.2.1 с верхней образующей 2.2.2, расположенной под углом α не менее 3° к горизонтальной плоскости центральной царги 2.1, при этом место соединения каждой концевой царги 2.2 с центральной царгой 2.1 находится на расстоянии N не менее 100 мм от расположения стяжных хомутов 4.
Такое выполнение позволяет обеспечить надёжность вагона-цистерны в эксплуатации во время сверхнормативных воздействий на вагон-цистерну, например, во время продольного удара. В результате проведённых исследований заявляемого вагона-цистерны с использованием метода конечных элементов установлено значительное снижение напряжений в котле 2 вагона-цистерны в зонах боковых опор 3 и в зонах окончания фасонных лап 5. Так, в момент продольного удара за счёт выполнения каждой концевой царги 2.2 в виде усечённого конуса 2.2.1 с верхней образующей 2.2.2, расположенной под углом α не менее 3° к горизонтальной плоскости центральной царги 2.1, и месте соединения концевой царги 2.2 с центральной царгой 2.1 на расстоянии N не менее 100 мм от расположения стяжных хомутов 4 снижается вертикальная составляющая продольной инерционной силы. Одна боковая опора 3 не обезгруживается за счёт упора концевой царги в стяжной хомут 4, что позволяет ограничить перемещения котла 2 и передать часть инерционной нагрузки на указанную боковую опору 3. Вторая боковая опора 3 не перегружается, исключая деформацию котла 2 в зоне боковой опоры 3. Кроме того в зоне концов фасонных лап 5 котла 2 исключаются повышенные напряжения, а соответственно и возникновение трещин и других дефектов котла 2, что значительно повышает надёжность вагона-цистерны в целом. Выполнение угла α менее 3° не обеспечит упор концевых царг 2.2 в стяжные хомуты 4, продольное перемещение не будет ограничено и не произойдёт распределение нагрузок. При выполнении места соединения каждой концевой царги 2.2. с центральной царгой 2.1 на расстоянии N менее 100 мм от расположения стяжного хомута 4 не обеспечит достаточной надёжности сварного соединения из-за воздействия чрезмерных нагрузок от стяжного хомута 4, что снизит надёжность котла 2. Предпочтительно нахождение места соединения каждой концевой царги 2.2 с центральной царгой 2.1 на расстоянии от 100 до 300 мм от расположения стяжных хомутов 4. При выполнении места соединения каждой концевой царги 2.2. и центральной царгой 2.1 на расстоянии N более 300 мм не повлечёт большего повышения надёжности, однако приведёт к снижению объёма котла 2.
Каждая концевая царга 2.2 может быть выполнена в виде наклонного усечённого конуса 2.2.1. Конкретным примером реализации полезной модели является вагон-цистерна, каждая концевая царга 2.2 которого выполнена в виде наклонного усечённого конуса 2.2.1 с нижней образующей 2.2.3, коллинеарной с нижней образующей 2.1.1 центральной царги 2.1.
Под верхней образующей 2.2.2, нижней образующей 2.2.3 и нижней образующей 2.1.1 понимаются образующие, лежащие в вертикальной плоскости симметрии каждой концевой царги 2.2 и центральной царги 2.1 соответственно.
В вагоне-цистерне крепление фасонных лап 6 котла 2 к лапам 5 хребтовой балки 1.1 рамы 1 осуществляется с помощью болтов 7. Заявляемой полезной моделью обеспечивается распределение нагрузок на боковые опоры 3 и снижение нагрузок в зонах фасонных лап 6, а соответственно и восприятие меньшой нагрузки болтами 7 между фасонными лапами 6 котла 2 и лапами 5 хребтовой балки 1.1 рамы 1. Как следствие появляется возможность снижения требований к болтам 7 и, соответственно, установки между фасонными лапами 6 котла 2 и лапами 5 хребтовой балки 1.1 рамы 1 болтов 7 класса точности В и С. Что, в свою очередь, обеспечивает исключение трудоёмкой операции зенкерования отверстий в фасонных лапах 6 и лапах 5 хребтовой балки 1.1 рамы 1 и обеспечивает возможность сверления отверстий в фасонных лапах 6 и лапах 5 хребтовой балки 1.1 рамы 1 до их установки на котёл 2 и на раму 1 соответственно.
Каждый стяжной хомут 4 может быть выполнен шириной от 80 до 130 мм. Предпочтительно выполнение каждого стяжного хомута 4 шириной от 101 до 130 мм. Каждый стяжной хомут 4 может быть выполнен толщиной от 6 до 12 мм. Предпочтительно выполнение каждого стяжного хомута 4 толщиной от 8,5 до 12 мм. Увеличение сечения каждого стяжного хомута 4 увеличивает его восприятие нагрузок, что также способствует увеличению надёжности вагона-цистерны в целом.
Таким образом, заявляемая полезная модель обеспечивает достижение технического результата - повышение надёжности вагона-цистерны.