Вагон-цистерна (варианты)
TANK CAR (OPTIONS)

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта и применяется в вагонах-цистернах, в том числе предназначенных для транспортировки жидких, высоковязких и застывающих грузов, а именно к конструкции сочлененного вагона-цистерны.
Известно, что подвижной состав железнодорожного транспорта в ряде случаев состоит из сочлененных вагонов, соединенных между собой с помощью специального шарнирного устройства - узла сочленения. Данный узел должен выдерживать нормативные продольные, поперечные, вертикальные нагрузки, возникающие во всех направлениях во время движения железнодорожного транспорта. Известна конструкция шарнирного узла соединения грузовых вагонов (патент RU 161501, МПК B61G 5/02, B61D 3/10, опубл. 17.07.2015), которая состоит из пятниковой и поводковой частей. Пятниковая часть имеет внутри корпуса поверхности для сопряжения с поводковой частью по опорной поверхности и упорной поверхности через вкладыши, при этом поверхности сопряжения подвижных деталей между собой имеют сферическую форму. Общая сборка узла соединения производится посредством вертикально установленного стержня, соединяющего пятниковую и поводковую части между собой.
Недостатком данной конструкции шарнирного узла соединения грузовых вагонов является сложность ее изготовления, особенно отливки пятниковой части, наличие большого количества деталей сложной формы, которые сопрягаются между собой по сферическим поверхностям, малая площадь опорной поверхности между поводковой и пятниковой частями, незащищенность пар трения от попадания пыли и посторонних предметов и, как следствие, ее низкая надежность и ремонтопригодность.
Известна конструкция устройства шарнирного типа для сочленения вагонов (патент RU 147170, МПК B61G 1/00, опубл. 07.08.2014). Устройство состоит из пятниковой части и шарнирной части, при этом пятниковая часть имеет на одном конце хвостовик коробчатой формы, на втором конце имеет пятник в нижней части и боковые продольные стенки над пятником, в полость между которыми в продольном направлении входит упомянутая шарнирная часть, имеющая хвостовик прямоугольной формы на одном конце, а на другом конце, входящем между боковыми стенками пятниковой части, имеет цилиндрическое сквозное отверстие с осью, перпендикулярной оси пути, с плотно установленной в нем обоймой со сферической внутренней поверхностью, внутри которой расположен шар, плотно прилегающий к внутренней поверхности обоймы, с выступающими из него с двух сторон по оси отверстия валами, имеющими с одной стороны цилиндрическую форму с осью, перпендикулярной оси пути, а с противоположной стороны имеющими плоскую форму, упомянутые валы входят в отверстия в боковых продольных стенках пятниковой части, имеющие с одной стороны цилиндрическую форму с осью, перпендикулярной оси пути, а с противоположной стороны имеющие плоскую форму, валы закрепляются клиньями, установленными между плоскими сторонами указанных отверстий и валов.
Недостатком такого технического решения является сложность конструкции, малая площадь сопряжения поверхности шара с поверхностью обоймы в шарнирной части, сложность сборки, что повышает трудоемкость изготовления, снижает надежность и ремонтопригодность. Известен четырехосный вагон-цистерна модели 15-1209, предназначенный для перевозки сжиженных углеводородных газов, выпускаемый ОАО «Рузхиммаш» (см. «Альбом справочник. Грузовые вагоны железных дорог колеи 1520 мм. 002И-2006 ПКБ ЦВ», 2006 г., ч. 2, с.338, рис.323).
3
Конструкция данного вагона-цистерны имеет типовую для данного подвижного состава длину по осям сцепления автосцепок, равную 12020 мм, которая обусловлена шагом устройств слива-налива для одновременного наполнения/опорожнения состава вагонов на существующих терминалах погрузки-разгрузки. Конструкция включает установленный на ходовые части посредством рамы котел, выполненный в виде горизонтальной емкости, оборудованной сливо-наливной и предохранительной арматурой, и состоящий из двух днищ и цилиндрической обечайки. При этом внутренний диаметр котла цистерны, равный 3200 мм, принят наибольшим из условия соответствия вагона габариту подвижного состава, а наружная длина котла, равная 11000 мм, является максимально возможной при типовой длине вагона по осям сцепления автосцепок. Приведенные размеры обеспечивают получение полезного объема котла 70,35 м при массе тары вагона 35,6-37,8 т и грузоподъемности 51 т. При этом расстояние между наиболее близкими точками днищ котлов двух сцепленных вагонов-цистерн модели 15-1209, размещенных на прямом участке пути, составляет 1020 мм.
Недостатком такого технического решения является недостаточная вместимость котла, что приводит к ухудшению технико-экономических показателей данного вагона-цистерны.
Известна конструкция вагона, включающего два котла со сливоналивным оборудованием, жестко закрепленных на четырех полурамах, установленных на четырех ходовых тележках, причем каждый котел выполнен в виде горизонтальной емкости, состоящей из двух днищ и цилиндрической обечайки, выполненной из пяти царг, средние полурамы соединены жесткой, беззазорной, неразъемной сцепкой, а консольные царги котлов удлинены в сторону сцепки на отрезок от 400 мм до 1100 мм (патент RU 111500, МПК B61D 5/02, опубл. 20.12.2011).
Недостатком такого технического решения является то, что используются четыре тележки, что ведет к значительному удорожанию вагона.
Известна конструкция вагона-цистерны, содержащего, по меньшей мере, два последовательно расположенных котла, установленных на раму ли две полурамы, а смежные рамы или полурамы соединены узлом сочленения, при этом смежные рамы или полурамы указанных по меньшей мере двух последовательно расположенных котлов опираются в зоне узла сочленения на общую ходовую тележку, а расстояние между наиболее близкими точками обращенных друг к другу днищ указанных по меньшей мере двух последовательно расположенных котлов вагона-цистерны, размещенного на прямом участке пути, составляет менее 1000 мм (патент RU 149902, B61D 5/00, опубл. 20.01.2015).
Недостатком такого технического решения является то, что при расстоянии между котлами менее 200 мм может произойти касание котлов при движении состава. Кроме этого, узел сочленения может быть произвольной конструкции, что может сказаться на надежности вагона-цистерны.
Наиболее близкой к заявляемому изобретению является конструкция устройства для соединения смежных секций железнодорожного вагона, имеющего общую опорную тележку, причем указанное устройство содержит выступ с пяткой, прикрепленной к одной из секций, причем указанный выступ включает в себя верхнюю и нижнюю ножки; язычок, прикрепленный к другой из указанных секций и вставленный между верхней и нижней ножками указанного выступа; шарнир, соединяющий наконечник и язычок и включающий центральную часть с выступами, имеющими сферические поверхности и две параллельные боковые плоскости; указанный язычок имеет отверстие для приема стержня со стенкой, имеющей сферическое углубление, соответствующее сферическим поверхностям выступов указанного стержня, причем указанная стенка отверстия указанного язычка образует круглое отверстие на верхнем крае язычка. Центральная часть шарнира содержит цилиндрические выступы между параллельными плоскостями, размеры которых соответствуют размеру отверстия на верхнем крае отверстия, когда в него вставлен шарнир. Нижняя часть лапки выполнена заодно с пяткой. Пятка снабжена внутренней кольцевой канавке смазки и отверстий, ведущих от канавки к опорной поверхности указанной пятки. Язычок имеет верхний и нижний края с фасками на нем. Ножки ушка имеют внутренние поверхности, обращенные к языку, которые скошены там, где они соединяются с остальной частью ушка (US 3476040 A, МПК B61D 17/00, B61F 3/12, B61G 5/02, опубл. 04.11.1969 г.).
Недостатком такого технического решения является сложность конструкции, сложность сборки, что повышает трудоемкость изготовления, снижает надежность и ремонтопригодность. Задачей изобретения является создание вагона-цистерны с большой вместимостью котлов, с оптимальным расстоянием между котлами, с использованием разборного устройства шарнирного типа для сочленения вагонов, технологичным в изготовлении и с повышенной надежностью и ремонтопригодностью.
Техническим результатом является простота изготовления, повышение надежности и ремонтопригодности конструкции.
Указанный технический результат достигается благодаря созданию вагона-цистерны, содержащего два котла, каждый из которых выполнен в виде емкости, состоящей из обечайки и двух днищ, и установлен на раму или полурамы, а смежные рамы или полурамы двух последовательно расположенных котлов, соединенные узлом сочленения, опираются в зоне узла сочленения на общую ходовую тележку. Также содержащий устройство шарнирного типа для сочленения вагонов, включающее в себя пятниковую и шарнирную части, при этом пятниковая часть состоит из пятника, хвостовика коробчатого сечения и корпуса с внутренней полостью. Внутри полости корпуса пятниковой части установлены нижний и верхний вкладыши, которые посредством прижимного фланца, закрепленного сверху на корпусе, удерживают шар, плотно прилегающий по своей сферической поверхности к внутренним сферическим поверхностям вкладышей. Шар имеет вал переменного по высоте сечения, ось симметрии которого совпадает с осью отверстия, выполненного в шаре с противоположной стороны от вала и являющегося геометрическим центром поворота тележки, причем вал шара жестко закреплен в поводковом элементе шарнирной части.
Вариантом исполнения является вагон-цистерна, в котором в устройстве сочленения шар крепится к шарнирной части с помощью вала конической формы и переходной втулки, имеющих конические сопрягаемые поверхности.
Признаками изобретения являются:
1) Вагон-цистерна.
2) Содержащий два котла, каждый из которых выполнен в виде емкости, состоящей из обечайки и двух днищ, и установлен на раму или полурамы.
3) Смежные рамы или полурамы указанных двух последовательно расположенных котлов соединены узлом сочленения и опираются в зоне узла сочленения на общую ходовую тележку.
4) Устройство шарнирного типа для сочленения вагонов, содержащее пятниковую и шарнирную части.
5) Пятниковая часть устройства содержит пятник, переходящий в корпус с внутренней полостью.
6) Внутри внутренней полости установлены нижний и верхний вкладыши.
7) Вкладыши удерживают шар, плотно прилегающий к внутренним сферическим поверхностям вкладышей.
8) Шар имеет в своем составе вал переменного по высоте сечения, ориентированный вертикально вверх, с помощью которого шар жестко фиксируется в шарнирной части устройства.
9) Фиксация вкладышей и плотный контакт с шаром осуществляется за счет прижимного фланца, крепящегося сверху к корпусу пятниковой части с помощью болтовых соединений.
10) Между нижним вкладышем и прижимным фланцем установлена тарельчатая пружина.
11) Пятник, нижний вкладыш и шар с валом имеют отверстия под шкворень, которые располагаются на одной оси, являющейся геометрическим центром поворота тележки вагона.
12) Шарнирная часть имеет поводковый элемент с отверстием для сопряжения с валом шара.
13) Шарнирная часть имеет опустошение для облегчения веса конструкции.
14) Пятниковая и шарнирная части имеют также в своем составе и выполненные с ними заодно хвостовики коробчатого сечения, предназначенные для крепления в хребтовой балке вагона с помощью сварки, либо заклепок.
15) В месте перехода поводкового элемента шарнирной части к хвостовику коробчатого сечения предусмотрены ребра жесткости.
16) Шар крепится к шарнирной части с помощью вала конической формы и переходной втулки, имеющих конические сопрягаемые поверхности (вариант исполнения 2).
17) Расстояние между котлами составляет 250 - 1050 мм.
Признаки 1-5, 12, 14 являются общими с прототипом, признаки 6-11, 13, 15, 16 являются существенными отличительными признаками изобретения. Признак 17 является дополняющим признаком заявляемого изобретения. Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен сочлененный вагон-цистерна, на фиг. 2 изображено устройство шарнирного типа для сочленения вагонов в разрезе, на фиг. 3 - вариант исполнения 2 вала шара и способа крепления шара в поводковом элементе шарнирной части устройства, на фиг. 4 - фрагмент фиксации вкладышей прижимным фланцем с применением тарельчатой пружины, на фиг. 5 - общий вид устройства в изометрии.
Первый вариант исполнения. Вагон-цистерна содержит два котла 1, каждый из которых выполнен в виде емкости, состоящей из обечайки 2 и двух днищ 3, и установлен на раму или полурамы 4, а также устройство шарнирного типа для сочленения вагонов 5, включающее в себя пятниковую 6 и шарнирную 7 части. Расстояние между котлами составляет 250 - 1050 мм. Смежные рамы или полурамы 4 двух последовательно расположенных котлов 1, соединенные устройством сочленения 5, опираются в зоне узла сочленения на общую ходовую тележку 8 (фиг. 1). Устройство шарнирного типа для сочленения вагонов 5 выполнено разборным, и его части выполнены методом литья (фиг. 2, 5). Пятниковая часть 6 устройства состоит из пятника 9, переходящего в корпус 10 с внутренней полостью, внутри которой установлены нижний 11 и верхний 12 вкладыши, которые удерживают шар 13, плотно прилегающий к внутренним сферическим поверхностям вкладышей 11 и 12 и имеющий вал 14 переменного по высоте сечения с резьбой на конце, с помощью которого шар 13 жестко фиксируется в поводковом элементе 15 шарнирной части 7 устройства. Фиксация вкладышей 11, 12 и плотный контакт с шаром 13 осуществляется за счет прижимного фланца 16, крепящегося сверху к корпусу 10 пятниковой части 6 с помощью болтовых соединений. Нижний 11 и верхний 12 вкладыши установлены с зазором между собой. Верхний вкладыш 12 имеет в верхней части отверстие с размером, превышающим наибольший размер вала 14 в основании с шаром 13 (фиг. 2). Между верхним вкладышем 12 и прижимным фланцем 16 установлена тарельчатая пружина 17 в сжатом состоянии (фиг. 4). Пятник 9, нижний вкладыш 11 и шар 13 с валом 14 имеют отверстия под шкворень (позицией не обозначен), которые располагаются на одной вертикальной оси, являющейся геометрическим центром поворота тележки вагона, при этом диаметр отверстия в шаре 13 больше диаметров отверстий в пятнике 9 и вкладыше 11. Шарнирная часть 7 имеет поводковый элемент 15 с отверстием под вал 14 шара 13, а также опустошение 18, для облегчения веса конструкции. Пятниковая 6 и шарнирная 7 части имеют в своем составе хвостовики 19 коробчатого сечения, предназначенные для крепления к хребтовой балке вагона с помощью сварки, либо заклепок. В месте перехода поводкового элемента 17 шарнирной части 7 к хвостовику 19 предусмотрены ребра жесткости 20. Диаметр шара 13 может составлять 250-350 мм.
Отверстие в прижимном фланце 16 для выхода вала 14 шара 13 может быть закрыто грязезащитным кожухом. Шарнирная часть 7 может иметь опустошение для облегчения веса конструкции (фиг. 2).
Второй вариант исполнения. Все элементы устройства (фиг. 2) повторяются из устройства первого варианта исполнения, но только шар 13 устройства для сочленения вагонов 5 крепится к шарнирной части 7 с помощью вала 14 конической формы и переходной втулки 21, имеющих конические сопрягаемые поверхности (фиг. 3).
Вагон-цистерна работает следующим образом. В пятнике, нижнем вкладыше и шаре выполнены отверстия для размещения шкворня тележки вагона. Оси этих отверстий, а также ось вала и центр шара, совпадают с осью шкворня, являющейся геометрическим центром поворота тележки вагона, причем вал шара жестко закреплен в поводковом элементе шарнирной части резьбовой гайкой. Вкладыши имеют внутреннюю сферическую поверхность, обеспечивающую максимальную площадь контакта с шаром, выполняющим функцию шарнирного соединения и несущим все эксплуатационные нагрузки. Детали, имеющие контактные поверхности и подвергающиеся повышенному износу, такие как шар с валом и вкладыши - выполняются из износостойких материалов или имеют неметаллическое износостойкое покрытие, увеличивая межремонтный срок эксплуатации. Крепление прижимного фланца к корпусу с помощью болтовых соединений обеспечивает надежную фиксацию вкладышей и шара и упрощает процесс их постановки и извлечения при изготовлении и ремонте устройства. Сборка деталей осуществляется с минимальными допусками, что предотвращает появление чрезмерного люфта и, соответственно, ударных нагрузок.
Использование предложенной конструкции обеспечивает три степени свободы сочлененным вагонам, повышает технологичность изготовления, надежность и ремонтопригодность устройства для сочленения вагонов за счет применения в качестве шарнира шара, обеспечения большой площади сопряжения поверхности шара с вкладышами, герметичности пар трения и использования в конструкции небольшого количества деталей.