Вагон-цистерна

Полезная модель относится к железнодорожному подвижному составу, в частности к вагонам-цистернам, и касается конструкции узла крепления котла вагона-цистерны к рамной конструкции.
Из уровня техники известен узел крепления котла на раме вагона-цистерны («Вагоны», под ред. Шадур Л.А., М.: «Транспорт», 1980 г., стр. 346). Крепление котла на раме осуществляется в средних и концевых его частях. Фасонные лапы, приваренные к средней части обечайки котла вагона-цистерны, соединены точеными болтами с опорными планками (лапами рамы), которые своими полками приварены к хребтовой балке рамы.
Известна железнодорожная цистерна для транспортировки жидких грузов (RU 2118598, опубл. 10.09.1998, МПК B61D 5/00, B65D 88/12), включающая установленный на ходовой части посредством рамы котел в виде горизонтальной емкости. В средней части котел жестко закреплен на раме посредством соединения фасонных лап котла с лапами рамы вагона-цистерны, приваренными полками к хребтовой балке рамы вагона-цистерны.
Общей технической проблемой, присущей указанным решениям, является выполнение поперечных сварных швов по торцам полок лап рамной конструкции при их закреплении на верхней полке хребтовой балки, что приводит к возникновению напряжений по торцам полок лап рамы и в поперечных сварных швах соединения при внешних воздействиях на вагон-цистерну, например при продольном ударе от соседнего вагона, превышающих допустимые в 3,5 МН, что может привести к снижению эксплуатационной надежности вагона-цистерны.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение прочности конструкции вагона-цистерны за счет обеспечения дополнительной опоры котла на нижние полки хребтовой балки рамной конструкции и исключения поперечных сварных швов по торцам полок лап рамной конструкции.
Указанный технический результат достигается вагоном-цистерной, содержащим установленную на ходовые тележки рамную конструкцию, выполненную в виде рамы или двух полурам, и закреплённый на ней котёл, в средней своей части снабжённый лапами, соединёнными с ответными лапами рамной конструкции, которые своей верхней полкой жёстко закреплены на хребтовой балке рамной конструкции, средним присоединительным участком соединены с ответным присоединительным участком лапы котла, отличающимся тем, что нижняя часть каждой лапы рамной конструкции продлена до соответствующей нижней полки хребтовой балки и жёстко с ней соединена посредством продольных сварных швов с образованием полого замкнутого сечения; монтажные участки лап котла и лапы рамной конструкции могут быть выполнены с наклоном под углом «α» к горизонтали от 0 до 23°; лапы рамной конструкции могут быть выполнены с технологическими отверстиями диаметром «D» от 40 до 200 мм; лапы рамной конструкции могут быть выполнены с пазами длиной «l» и шириной «w» от 40 до 200 мм; верхняя полка лапы рамной конструкции может быть выполнена со сквозными технологическими пазами для сварного соединения с хребтовой балкой рамы; лапы рамной конструкции могут быть усилены рёбрами жёсткости. Полки лап рамной конструкции могут быть закреплены на верхней полке хребтовой балки рамной конструкции.
Заявляемая полезная модель отличается от ближайших аналогов тем, что нижняя часть каждой лапы рамной конструкции продлена до соответствующей нижней полки хребтовой балки и жёстко с ней соединена посредством продольных сварных швов с образованием полого замкнутого сечения; монтажные участки лап котла и лапы рамной конструкции выполнены с наклоном под углом «α» к горизонтали от 0 до 23°; лапы рамной конструкции выполнены с технологическими отверстиями диаметром «D» от 40 до 200 мм; лапы рамной конструкции выполнены с пазами длиной «l» и шириной «w» от 40 до 200 мм; что верхняя полка лапы рамной конструкции выполнена со сквозными технологическими пазами для сварного соединения с хребтовой балкой рамы; лапы рамной конструкции усилены рёбрами жёсткости, полки лап рамной конструкции могут быть закреплены на верхней полке хребтовой балки рамной конструкции. Такое отличие от ближайших аналогов дает основание утверждать о соответствии заявляемого технического решения критерию патентоспособности полезной модели – «новизна».
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 – вагон-цистерна (общий вид), фиг. 2 а, б – разрез А-А на фиг. 1, фиг. 3 – вид Б на фиг. 1.
Вагон-цистерна, представленный на фиг. 1, содержит котел 1, закрепленный на рамной конструкции 2, выполненной в представленном варианте в виде рамы 2, установленной на ходовые тележки 3 (ходовая часть). Котел 1 вагона-цистерны закреплен на раме 2, в представленном варианте, посредством болтового соединения 4 лап 5 котла 1, закрепленных на котле 1, с лапами 6 рамы 2, закрепленных на хребтовой балке 2.1 рамы 2.
Лапы 6 рамной конструкции 2, представленные на фиг. 2а, содержат полку 6.1 и стенку 6.2 и закреплены на хребтовой балке 2.1 рамы 2 посредством сварного соединения полок 6.1 лап 6 рамы 2 с верхней полкой 2.2. хребтовой балки 2.1. Кроме того, стенка 6.2 лапы 6 рамы 2 выполнена увеличенной высоты «h» для соединения с нижней полкой 2.3 хребтовой балки 2.1 рамы 2.
Стенки 6.2 лап 6 рамы 2, являющиеся монтажными участками, также могут быть выполнены наклонными или с наклонным участком, как представлено на фиг.2б. Угол «α» наклона указанных монтажных участков к горизонтали составляет от 0 до 23°.
В стенках 6.2 лап 6 рамы 2, представлены на фиг. 3, могут быть выполнены технические отверстия 6.3 диаметром «D» или пазы 6.4 длиной «l» и шириной «w» для упрощения установки и закрепления болтового соединения 4 лап 5 котла 1 и лап 6 рамы 2. Диаметр «D» технологических отверстий 6.3 от 40 до 200 мм; длина «l» и ширина «w» пазов 6.4 от 40 до 200 мм.
Технический результат, заявляемой полезной модели, заключающийся в повышении прочности конструкции вагона-цистерны, достигается следующим образом.
Выполнение лап рамной конструкции с нижней частью – стенками – увеличенной высоты позволяет закрепить лапы рамной конструкции на нижней полке хребтовой балки посредством выполнения продольного сварного соединения по кромке стенки лапы рамной конструкции и соответствующей верхней поверхности нижней полки лапы рамной конструкции и образует дополнительную опору лап рамной конструкции в узле крепления котла на рамной конструкции, что обеспечивает повышение прочности вагона-цистерны. Закрепление лапы рамной конструкции кромкой нижней своей части на нижней полке хребтовой балки позволяет не выполнять поперечный сварные швы по торцам полок лап рамной конструкции и верхней поверхности верхней полки хребтовой балки, являющиеся зонами концентрации эксплуатационных напряжений и на которые приходится большая часть возникающих при эксплуатации продольных нагрузок, особенно при продольном ударе о соседний вагон, что обеспечивает снижение значений напряжений, возникающих на торцах полок лап и в узле крепления котла к рамной конструкции в целом, до допускаемых величин.
В средней части котел закреплен на рамной конструкции посредством соединения лап котла, закрепленных на котле, с лапами рамной конструкции, закрепленными на хребтовой балке, которое может быть сварным и/или посредством элемента крепления, например, самостопорящегося болта, болта с гайкой, винта, шпильки, заклепки и другими.
Выполнение стенки лапы рамной конструкции наклонной под углом «α» или с наклонным участком с углом наклона к поперечной оси вагона-цистерны «α» от 0 до 23° позволяет соединить лапу рамной конструкции с лапой котла, при соответствующем выполнении α, посредством элемента крепления и разместить соответствующую часть элемента крепления между боковой стенкой хребтовой балки и внутренней поверхностью стенки лапы рамной конструкции, что обеспечивает повышение прочности конструкции вагона-цистерна за счет увеличения площади поверхности распределения действующих эксплуатационных нагрузок посредством обеспечения дополнительной опоры котла на нижние полки хребтовой балки рамной конструкции и исключения поперечных сварных швов по торцам полок лап рамной конструкции. Диапазон значений угла наклона «α» стенки лапы рамной конструкцией обусловлен размерами хребтовой балки и ее нижних полок, а также расположением лап котла относительно поперечной оси вагона-цистерны, так как стенка лапы рамной конструкции должна совпадать с выполнением лап котла для закрепления котла на рамной конструкции. Максимальное значение угла наклона «α» стенки лапы рамной конструкцией к поперечной оси вагона-цистерны обусловлен закреплением стенки лапы рамной конструкции на соответствующей нижней полке хребтовой балки рамной конструкции.
Выполнение технологических отверстий диаметром «D» и/или пазов длиной «l» и шириной «w» необходимо для установки и закрепления элементов крепления, соединяющих лапы котла и лапы рамной конструкции, так как нижние части (стенки) лап рамной конструкции выполнены увеличенной длины и закреплены на нижних полках хребтовой балки, в отличие от ближайших аналогов. Минимальное значение радиуса технологических отверстий и минимальное значение габаритов пазов обусловлено удобством и отсутствием ограничений для осуществления установки и закрепления элементов крепления лап котла к лапам рамы. Максимальное значение радиуса технологических отверстий и минимальное значение габаритов пазов обусловлено сохранением прочности стенки лапы рамной конструкции, а следовательно, и сохранением прочности конструкции вагона-цистерны.
Поскольку соединение лап котла с лапами рамной конструкции может быть сварным, то для его осуществления в стенках лап рамной конструкции могут быть выполнены сквозные пазы.
При отсутствии поперечных сварных швов на торцах лап рамной конструкции, закрепляющих их на верхней полке хребтовой балки рамной конструкции, полки лап могут быть выполнены со сквозными пазами для сварного соединения с хребтовой балкой, что также обеспечивает повышение прочности конструкции вагона-цистерны.
Закрепление лап рамной конструкции на вертикальных стенках хребтовой балки рамной конструкции посредством ребер жесткости обеспечивает повышение прочности узла крепления котла к рамной конструкции вагона-цистерны, что обеспечивает повышение прочности конструкции вагона-цистерны.
Закрепление полок лап рамной конструкции на верхней полке хребтовой балки обеспечивает повышение прочности конструкции вагона-цистерны за счет увеличения площади поверхности распределения возникающих внешних нагрузок и более плотного прилегания поверхностей соединения (полки лапы и верхней полки хребтовой балки).
Таким образом, заявляемая полезная модель всей своей совокупностью существенных признаков позволяет повысить прочность конструкции вагона-цистерны за счет обеспечения дополнительной опоры котла на нижние полки хребтовой балки рамной конструкции и исключения поперечных сварных швов по торцам полок лап рамной конструкции.