Узел крепления котла вагона-цистерны на рамной конструкции

Полезная модель относится к железнодорожному подвижному составу, в частности к вагонам-цистернам, а именно к конструкции узла крепления котла вагона-цистерны к рамной конструкции.
Котел вагона цистерны, как правило, закреплен концевыми участками на раме или двух полурамах (на рамной конструкции) посредством двух лежневых опор и хомутов, расположенных в большинстве случаев над хребтовой и шкворневой балками рамы вагона-цистерны, и посредством узла крепления котла, выполненного в виде соединения лап котла с лапами рамной конструкции, расположенного в средней части котла при установки его на раму.
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 болтами с опорными планками (лапами рамы), которые своими полками приварены к хребтовой балке рамы.
Из уровня техники известно устройство для крепления котла на раме железнодорожной цистерны (RU 58483 U1, опубл. 27.11.2006, B61F 1/14, B61D 5/06), которое включает центральный узел крепления, выполненный в виде жестко соединенных между собой болтами фасонных лап, одни из которых жестко связаны с котлом, а другие жестко связаны с рамой вагона-цистерны.
Общей технической проблемой, присущей указанным решениям, является использование болтового соединения лап котла с лапами рамы, которое требует для его осуществления применение специального инструмента для выполнения отверстий, специального оборудования для запрессовки болтов и контроля затяжки болтового соединения, поскольку определенная степень затяжки болтов на лапах обеспечивает необходимую силу трения между поверхностями монтажных участков лап, что делает процесс достаточно трудоемким. Кроме того, вероятно ослабление болтового соединения вследствие действующих внешних нагрузок, что приводит к отсутствию трения между поверхностями монтажных участков лап и повышению действующих нагрузок на болтовое соединение, в результате чего в процессе эксплуатации возможна потеря болта, возникновение трещин и сколов на поверхности отверстий и последующий ремонт, приводящий к увеличению диаметра отверстия, его механической обработке и запрессовке болта.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является улучшение технологичности процесса сборки узла крепления котла на рамной конструкции за счет исключения болтового соединения.
Указанный технический результат достигается тем, что в узле крепления котла вагона-цистерны на рамной конструкции, выполненной в виде рамы или двух полурам, содержащем лапы котла, закрепленные монтажными участками на обечайке котла, жестко соединенные с лапами рамной конструкции, закрепленными монтажными участками на хребтовой балке, согласно настоящей полезной модели, в монтажных участках лап котла выполнены сквозные вырезы для сварного соединения с монтажными участками лап рамной конструкции вагона-цистерны. В монтажном участке каждой лапы котла вагона-цистерны может быть выполнено два сквозных выреза, расположенных на одной оси и симметрично относительно поперечной оси лапы котла. В монтажном участке каждой лапы котла вагона-цистерны может быть выполнено три сквозных выреза, расположенных на одной оси и симметрично относительно поперечной оси лапы котла. Сквозные вырезы могут быть выполнены на расстоянии «h» от нижней продольной кромки монтажного участка лапы котла в диапазоне размеров от 20 мм до половины ширины монтажного участка лапы котла вагона-цистерны. Сквозные вырезы могут быть выполнены с расширениями в поперечном сечении размером «w1» до 100 мм в зонах, расположенных возле торцов лап котла вагона-цистерны. Сквозные вырезы могут быть выполнены с расширениями в поперечном сечении размером «w1» до 100 мм с обеих сторон каждого выреза соответственно. Сквозные вырезы могут быть выполнены непостоянного поперечного сечения, и отношение ширины выреза «w» к ширине монтажного участка «W» лапы котла составляет от 0,025 до 0,25. Отношение суммарной длины сквозных вырезов к длине монтажного участка лапы котла может составлять от 0,5 до 0,95. Лапы котла вагона-цистерны могут быть составными. Лапы котла вагона-цистерны могут быть фасонными.
Заявляемая полезная модель отличается от ближайших аналогов тем, что в монтажных участках лап котла выполнены сквозные вырезы для сварного соединения с монтажными участками лап рамной конструкции вагона-цистерны, при этом в монтажном участке каждой лапы котла вагона-цистерны может быть выполнено два и/или три сквозных выреза, расположенных на одной оси и симметрично относительно поперечной оси лапы котла, также сквозные вырезы могут быть выполнены на расстоянии «h» от продольной кромки монтажного участка лапы котла в диапазоне размеров от 20 мм до половины ширины «W» монтажного участка лапы котла вагона-цистерны, и сквозные вырезы могут быть выполнены с расширениями в поперечном сечении размером «w1» до 100 мм в зонах, расположенных возле торцов лап котла вагона-цистерны, и/или с обеих сторон каждого выреза соответственно, кроме того сквозные вырезы могут быть выполнены непостоянного поперечного сечения и отношение ширины выреза «w» к ширине монтажного участка «W» лапы котла составляет от 0,025 до 0,25, а также отношение суммарной длины сквозных вырезов к длине монтажного участка лапы котла может составлять от 0,5 до 0,95, лапы котла вагона-цистерны могут быть составные и/или фасонные. Такое отличие от ближайших аналогов даёт 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 – сечение А-А фиг. 1, фиг. 3 а, б, в, г – вид Б фиг. 1.
Вагон-цистерна, представленный на фиг. 1, содержит котел 1, закрепленный на рамной конструкции, выполненной в представленном варианте в виде рамы 2, установленной на ходовые тележки 3 (ходовая часть). В средней части котел 1 закреплен на раме 2 посредством узла крепления котла 1 вагона-цистерны на раме 2.
Узел крепления котла 1 на раме 2, представленный на фиг. 2 и 3, содержит жестко соединенные между собой лапы 4 котла 1, закрепленные монтажными участками 4.1 на поверхности котла 1, и лапы 5 рамы 2 (рамной конструкции), закрепленные монтажными участками 5.1 на хребтовой балке 2.1 рамы 2.
Монтажный участок 4.1 лапы 4 котла 1 выполнен длиной «L» и шириной «W». В монтажном участке 4.1, фиг. 3 а, на расстоянии «h» от нижней продольной кромки лапы 4 котла 1 выполнен сквозной вырез 6 длиной «l» и шириной «w» для сварного соединения с монтажным участком 5.1 лапы 5 рамы 2. Кроме того, в монтажном участке 4.1 может быть выполнено два или три сквозных выреза 6, фиг. 3 б. Сквозные вырезы 6 могут быть выполнены переменного сечения и иметь расширения 6.1 шириной «w1» в поперечном сечении в зоне, расположенной возле торцов лап 4 котла 1, фиг. 3 в, г.
Технический результат заявляемой полезной модели, заключающийся в улучшении технологичности процесса сборки узла крепления котла на рамной конструкции за счет исключения болтового соединения, достигается следующим образом.
Выполнение сквозных вырезов в монтажных участках лап котла вагона-цистерны позволяет соединить лапы котла с лапами рамной конструкции посредством выполнения сварных швов по кромкам сквозных вырезов и монтажным участкам лап рамной конструкции, что обеспечивает улучшение технологичности процесса сборки узла крепления котла вагона-цистерны на рамной конструкции за счет исключения болтового соединения, то есть исключения необходимости выполнения механической обработки отверстий, запрессовки болтов и контроля сжатия болтов или других элементов крепления (шпильки, заклепки).
Выполнение двух или трех сквозных вырезов обеспечивает улучшение технологичности процесса сборки узла крепления котла на рамной конструкции за счет уменьшения длины выполняемых сварных швов по сквозным вырезам.
Расположение сквозных вырезов на расстоянии «h» от нижней продольной кромки монтажного участка лапы котла в диапазоне 20 мм до половины ширины «W» монтажного участка лапы котла обеспечивает более плотное соединение лап котла с лапами рамной конструкции. Минимальное значение расстояния «h» обусловлено минимальным расстоянием, обеспечивающим отсутствие пересечения зон концентрации напряжений, возникающих при эксплуатации на сварных швах сквозных вырезов монтажного участка лапы котла вагона-цистерны. Максимальное значение расстояния «h» ограничено размерами монтажного участка лапы котла вагона-цистерны и участком соприкосновения поверхностей монтажных участков лап котла и лап рамной конструкции, и выбрано таким образом, чтобы сварные швы, выполненные по сквозным вырезам, проходили на минимальном расстоянии от ребра монтажного участка лап рамной конструкции.
Выполнение сквозных вырезов непостоянного поперечного сечения и/или с расширениями в поперечном сечении обеспечивает улучшение технологичности процесса сборки узла крепления котла на раме за счет увеличения расстояния между сварными швами в торцах сквозных вырезов и отсутствия наложения сварных швов друг на друга. Максимальной размер расширений в поперечном сечении «w1», равный 100 мм, обеспечивает отсутствие наложения сварных швов на торцах сквозных вырезов и ограничен минимальным расстоянием расположения сквозных вырезов на монтажном участке лапы котла вагона-цистерны.
Сквозные вырезы, выполненные непостоянного поперечного сечения, обеспечивают распределение возникающих нагрузок по большей площади монтажного участка лапы рамной конструкции, что приводит к снижению значений напряжений в креплении лапы к хребтовой балке рамной конструкции и в узле крепления котла к рамной конструкции, за счет чего обеспечивается повышение прочности конструкции вагона-цистерны.
Минимальное значение отношения значения ширины «w» сквозных вырезов в монтажном участке лапы котла к значению ширины «W» самого монтажного участка лапы котла, равное 0,025, обусловлено возможностью выполнения сварных швов по кромкам сквозного выреза монтажного участка лапы рамной конструкции. Максимальное отношения значения ширины «w» сквозных вырезов монтажного участка лапы котла к значению ширины «W» самого монтажного участка лапы котла равное 0,25 ограничено прочностными характеристиками лап котла, так как выполнение широких вырезов может повлиять на потерю прочности самих лап котла вагона-цистерны.
Минимальное значение отношения значения суммарной длины «l» сквозных вырезов в монтажном участке к значению длины «L» самого монтажного участка лапы котла, равное 0,5, обусловлено выполнением в монтажном участке лапы трех сквозных вырезов, расположенных на одной оси, с учетом обеспечения минимального расстояния между сквозными вырезами для исключения возможности пересечения зон концентрации напряжений, возникающих при эксплуатационных нагрузках в сквозных вырезах и на сварных швах. Максимальное значение отношения значения суммарной длины «l» сквозных вырезов в монтажном участке к значению длины «L» самого монтажного участка лапы котла, равное 0,95, ограничено прочностными характеристиками лап котла вагона-цистерны, так как необходимо обеспечить минимальное расстояние между краем сквозного выреза в монтажном участке лапы котла и торцом монтажного участка лапы котла, для исключения пересечения зон концентрации напряжений, возникающих при эксплуатации в сквозных вырезах и на сварных швах, а также длиной монтажного участка лап рамной конструкции, который в большинстве случаев выполнен меньшей длины, чем монтажный участок лап котла. Выполнение сквозных вырезов большей длины может повлиять на прочность самих лап котла вагона-цистерны.
Лапы котла вагона-цистерны могут быть выполнены как фасонными, так и составными. Кроме того, лапы котла могут иметь Г-образный или П-образный профиль, и монтажный участок лап котла является нижней частью лапы котла, которая предназначена для сопряжения с монтажным участком лапы рамной конструкции, в том числе, если они расположены под углом к горизонтали.
Таким образом, заявляемая полезная модель всей своей совокупностью существенных признаков позволяет улучшить технологичность процесса сборки узла крепления котла вагона-цистерны на рамной конструкции за счет исключения болтового соединения.