УЗЕЛ КРЕПЛЕНИЯ КОТЛА ЦИСТЕРНЫ К РАМЕ ВАГОНА

Заявляемая полезная модель относится к железнодорожным вагонам-цистернам, в частности, к конструкциям узла крепления котла цистерны к раме вагона.
Известно крепление котла цистерны к полурамам, содержащее приваренные к обечайке котла цистерны опорные пластины с несущими монтажными рёбрами, патент России №2257305, B61D 5/06, опубл. 10.05.2004 г.
Известен также узел крепления котла цистерны к раме вагона, содержащий приваренные к обечайке котла цистерны две пары опорных пластин с монтажными рёбрами, патент России №152042, B61D 5/06, опубл. 27.04.2015 г. (прототип).
Технической проблемой, присущей данным устройствам, является низкая надёжность узла крепления котла цистерны к раме вагона, обусловленная непрочным соединением элементов узла крепления с котлом цистерны.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение прочности и надёжности узла крепления котла цистерны к раме вагона, за счёт увеличения площади поверхности элементов узла крепления, контактирующих с поверхностью котла цистерны и за счёт увеличения общей прочности элементов узла крепления, соединённых в единый жёсткий узел.
Указанный технический результат достигается узлом крепления котла цистерны к раме вагона, содержащим две пары опорных пластин, приваренных к обечайке котла цистерны, и монтажные рёбра, концы пар опорных пластин связаны между собой соединительными перемычками, между парами опорных пластин и монтажными рёбрами закреплена пара промежуточных продольных подкладок, жёстко связывающая пары опорных пластин, при этом промежуточные продольные подкладки в средней своей части соединены между собой центральной поперечной вставкой; опорные пластины в каждой паре могут быть связаны между собой одной соединительной перемычкой, выполненной на одном конце пар опорных пластин; опорные пластины в каждой паре могут быть связаны между собой двумя соединительными перемычками, выполненными на обоих концах пар опорных пластин; центральная поперечная вставка может быть закреплена между промежуточными продольными подкладками кромок и на обечайке котла цистерны; центральная поперечная вставка может быть закреплена на промежуточных продольных подкладках и выполнена длиной, равной расстоянию между наружными продольными кромками пары промежуточных продольных подкладок; опорные пластины, монтажные рёбра, перемычка между ними, промежуточные продольные подкладки и центральная поперечная вставка могут быть выполнены толщиной от 8 до 30 мм; кроме того, опорные пластины, монтажные рёбра, перемычка между ними, промежуточные продольные подкладки и центральная поперечная вставка предпочтительно могут быть выполнены толщиной от 20 до 22 мм, обеспечивающей наиболее полное сочетание прочности и веса указанных элементов; промежуточные продольные подкладки могут быть выполнены шириной от 100 до 350 мм; промежуточные продольные подкладки предпочтительно могут  быть выполнены шириной от 200 до 250 мм, обеспечивающей наиболее полное сочетание прочности и веса указанных элементов; центральная поперечная вставка может быть выполнена шириной от 400 до 600 мм и длиной 500 мм, или 900 мм; кроме того, центральная поперечная вставка предпочтительно может быть выполнена шириной от 450 до 550 мм,  обеспечивающей наиболее полное сочетание прочности и веса центральной поперечной вставки; опорные пластины, монтажные рёбра и промежуточные продольные подкладки могут быть выполнены длиной от 1000 до 4000 мм; опорные пластины, монтажные рёбра и промежуточные продольные подкладки предпочтительно могут быть выполнены длиной от 2000 до 3000 мм, обеспечивающей наиболее полное сочетание прочности и веса указанных элементов.
Заявляемая полезная модель отличается от прототипа тем, что концы пар опорных пластин связаны между собой соединительными перемычками, между парами опорных пластин и монтажными рёбрами закреплена пара промежуточных продольных подкладок, жёстко связывающая пары опорных пластин, при этом промежуточные продольные подкладки в средней своей части соединены между собой центральной поперечной вставкой; опорные пластины в каждой паре связаны между собой одной соединительной перемычкой, выполненной на одном конце пар опорных пластин; опорные пластины в каждой паре связаны между собой двумя соединительными перемычками, выполненными на обоих концах пар опорных пластин; центральная поперечная вставка закреплена между промежуточными продольными подкладками кромок и на обечайке котла цистерны; центральная поперечная вставка закреплена на промежуточных продольных подкладках и выполнена длиной, равной расстоянию между наружными продольными кромками пары промежуточных продольных подкладок; опорные пластины, монтажные рёбра, перемычка между ними, промежуточные продольные подкладки и центральная поперечная вставка выполнены толщиной от 8 до 30 мм; опорные пластины, монтажные рёбра, перемычка между ними, промежуточные продольные подкладки и центральная поперечная вставка предпочтительно выполнены толщиной от 20 до 22 мм, обеспечивающей наиболее полное сочетание прочности и веса указанных элементов; промежуточные продольные подкладки выполнены шириной от 100 до 350 мм; промежуточные продольные подкладки предпочтительно выполнены шириной от 200 до 250 мм, обеспечивающей наиболее полное сочетание прочности и веса указанных элементов; центральная поперечная вставка выполнена шириной от 400 до 600 мм и длиной 500 мм, или 900 мм; центральная поперечная вставка предпочтительно выполнена шириной от 450 до 550 мм, обеспечивающей наиболее полное сочетание прочности и веса центральной поперечной вставки; опорные пластины, монтажные рёбра и промежуточные продольные подкладки выполнены длиной от 1000 до 4000 мм; опорные пластины, монтажные рёбра и промежуточные продольные подкладки предпочтительно выполнены длиной от 2000 до 3000 мм, обеспечивающей наиболее полное сочетание прочности и веса указанных элементов. Такое отличие от прототипа даёт основание утверждать о соответствии предлагаемого технического решения критерию патентоспособности полезной модели – «новизна».
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где: на фиг. 1 показан общий вид вагона-цистерны с предлагаемым узлом крепления котла цистерны к раме вагона; на фиг. 2 – местный вид А на фиг. 1; на фиг. 3, 4 – узел крепления котла цистерны к раме вагона, изометрическая проекция; на фиг. 5, 6 – опорные пластины, закреплённые на котле, изометрическая проекция, остальные детали узла крепления условно не показаны.
Узел крепления котла 1 (Фиг. 1, 2) цистерны к раме 2 вагона содержит две пары опорных пластин 3, приваренных к обечайке 1.1 котла 1 цистерны, монтажные рёбра 4, промежуточные продольные подкладки 5, центральную поперечную вставку 6 или 7 со сквозным отверстием. Монтажные рёбра 4 предназначены для жёсткой связи котла 1 с рамой 2 вагона (Фиг. 3, 4).
В каждой паре опорные пластины 3 могут быть связаны между собой одной соединительной перемычкой 3.1 (Фиг. 5), выполненной на одном конце, преимущественно наружном, пары опорных пластин 3. В каждой паре опорные пластины 3 также могут быть связаны между собой двумя соединительными перемычками 3.1 и 3.2 (Фиг. 6), выполненными на наружном и внутреннем концах пары опорных пластин 3.
Между опорными пластинами 3 и монтажными рёбрами 4 закреплены промежуточные продольные подкладки 5. Промежуточные продольные подкладки 5 жёстко связывают между собой соединённые в пары опорные пластины 3.
Промежуточные продольные подкладки 5 в средней части соединены между собой центральной поперечной вставкой 6 или 7. Центральная поперечная вставка 6 закреплена между промежуточными продольными подкладками 5 и на обечайке 1.1 котла цистерны и выполнена длиной, не более расстояния между монтажными рёбрами 5. Центральная поперечная вставка 7  закреплена непосредственно на промежуточных продольных подкладках 5, поверх их, и выполнена длиной, соответствующей расстоянию между наружными продольными кромками пары промежуточных продольных подкладок 5.
Опорные пластины 3, соединительные перемычки 3.1 между ними, монтажные рёбра 4, промежуточные продольны подкладки 5, центральные поперечные вставки 6, 7 могут быть выполнены толщиной от 8 до 30 мм.
Выполнение указанных элементов толщиной менее 8 мм не обеспечивает необходимой прочности и жёсткости узла крепления котла 1 к раме 2 вагона по причине получения в этом случае слабых монтажных сварочных швов, имеющих небольшой катет. Выполнение указанных элементов более 30 мм необоснованно увеличивает вес узла крепления. Тяжёлый узел крепления вызывает повышенные динамические нагрузки на обечайку 1.1 котла 1, возникают большие внутренние напряжения в сварочных швах, в крепёжных элементах, соединяющих котёл 1 с рамой 2. Толщиной, обеспечивающей наиболее полное сочетание прочности, жёсткости элементов узла крепления и веса узла крепления является толщина, выполненная в диапазоне от 20 до 22 мм.
Промежуточные продольные подкладки 5 могут быть выполнены шириной от 100 до 350 мм.
Наименьшее значение ширины промежуточных продольных подкладок 5 в 100 мм обусловлено возможностью без проблемного размещения и закрепления на промежуточных продольных подкладках 5 монтажных рёбер 4 и получения при этом наименьшего веса. Предельное значение в 350 мм ограничено предельным весом промежуточных продольных подкладок 5. Шириной, обеспечивающей наиболее полное сочетание прочности, жёсткости элементов узла крепления и веса узла крепления является ширина каждой промежуточной продольной подкладки в диапазоне от 200 до 250 мм.
Центральная поперечная вставка 6 и 7 может быть выполнена шириной в направлении продольной оси котла 1 от 400 до 600 мм и длиной в направлении поперечной оси котла 1, составляющей 500 мм или 900 мм, соответственно.
Значение 400 мм определено как наименьшее значение ширины центральной поперечной вставки 6 и 7, необходимое для надёжного охватывания сквозным отверстием (позицией не показано) нижнего колпака 1.2 на котле 1. При этом ширина 600 мм выбрана как наибольшее допустимое значение, ограниченное предельным значением веса центральной поперечной вставки 6. Шириной, обеспечивающей наиболее полное сочетание прочности и веса центральной поперечной вставки 6, является величина от 450 до 550 мм.
Значение длины центральной поперечной вставки 6 обусловлено расстоянием между промежуточными продольными подкладками 5 и, исходя из условия соединения с промежуточными продольными подкладками 5 для образования единой жёсткой конструкции на котле 1 предпочтительно составляет 500 мм.
Значение длины центральной поперечной вставки 7 обусловлено исключением выступания наружных продольных кромок центральной поперечной вставки 7 за наружные продольные кромки промежуточных продольных подкладок 5 без создания в местах соединения выступов и неровностей, создающих зоны концентрации высоких внутренних напряжений, и предпочтительно составляет 900 мм.
Опорные пластины 3, монтажные рёбра 4, промежуточные продольные подкладки 5 могут быть выполнены длиной от 1000 до 4000 мм.
Выполнение указанных элементов менее 1000 мм не обеспечивает равномерного распределения внутренних напряжений в монтажных швах,  повышает концентрацию таких напряжений, способных вызвать разрушения металла сварочного шва, металла элементов конструкции узла крепления или обечайки 1.1 котла 1. Выполнение опорных пластин 3, монтажных рёбер 4, промежуточных продольных подкладок 5 длиной более 4000 мм вызывает излишнее увеличение веса узла крепления, что также может вызвать большие внутренние напряжения в сварочных швах, в крепёжных элементах, соединяющих котёл 1 с рамой 2. Длиной, обеспечивающей наиболее полное сочетание прочности, жёсткости элементов узла крепления и веса узла крепления является длина, выполненная в диапазоне от 2000 до 3000 мм.
Технический результат заявляемой полезной модели, заключающийся в повышении надёжности узла крепления котла 1 цистерны к раме 2 вагона, обеспечивается жёсткой связью между опорными пластинами 3 в виде перемычки 3.1 или в виде двух перемычек 3.1 и 3.2, выполненных по краям опорных пластин 3. Наличие такой связи создаёт жёсткую конструкцию связанных между собой в пары опорных пластин 3.
Кроме этого, использование промежуточных продольных подкладок 5, размещённых и закреплённых между опорными пластинами 3 и монтажными рёбрами 4, жёстко связывающих соединённые парами опорные пластины 3, также увеличивает прочность и жёсткость узла крепления.
Для дальнейшего увеличения прочности и жёсткости предлагаемого узла крепления промежуточные продольные подкладки 5 в средней своей части соединены между собой центральной поперечной вставкой 6 или 7.
Таким образом, предлагаемая конструкция узла крепления котла 1 цистерны к раме 2 вагона позволяет существенно увеличить его прочность и жёсткость, за счёт увеличения площади поверхности элементов узла крепления, контактирующих с поверхностью котла цистерны и за счёт увеличения общей прочности элементов узла крепления, соединённых в единый жёсткий узел, обеспечив тем самым существенное повышение надёжности узла крепления котла 1 цистерны к раме 2 вагона.