ЦИСТЕРНА С ПОПЕРЕЧНЫМ СЕЧЕНИЕМ РЕЗЕРВУАРА В ФОРМЕ ТРАПЕЦИИ

Полезная модель относится к транспортному оборудованию для кратковременного хранения и транспортирования текучих материалов, в частности к производству цистерн для установки на шасси транспортных средств различного исполнения.
Цистерна состоит из резервуара, выполненного с поперечным сечением его корпуса в форме трапеции, с встроенными внутри волнорезами и перегородками, с крышками люков на горловинах сверху и фланцами напорно-сливных устройств и сливных клапанов в нижней его части, из рамы с присоединенными к ней ложементами, на которые опирается основание цистерны, из опоясывающих лент с пальцами-фиксаторами и стремянками, с помощью которых резервуар цистерны прикреплен к ложементам рамы, а также включает лестницы и трапы с поручнями для обслуживания люков верхнего строения цистерны, устройства противопожарной защиты, указатели и таблички.
Резервуар с поперечным сечением в форме трапеции отличается пониженным центром тяжести размещаемого в нем груза из-за того, что корпус резервуара в центральной его части выполнен в форме трапециевидного тела с примыкающими к трапеции криволинейными сегментами верхнего строения и нижней части цистерны.
Придание резервуару трапециевидной формы с верхним и нижним криволинейными сегментами произведено путем раскроя обечаек цистерны, их сварки между собой в трубную заготовку и обжатия трубной заготовки по единой цифровой модели с геометрической точностью, задаваемой в технологии сварки корпуса, приварки днищ, волнорезов и перегородок.
Цистерна с поперечным сечением резервуара в форме трапеции может быть изготовлена на машиностроительном производстве, легко укомплектована насосными блоками и установлена на транспортные средства всех типов с минимальными техническими и денежными затратами.
Мировой уровень цистерн для транспортировки текучих материалов характеризуется ростом вместимости цистерн, компактным расположением резервуаров цистерн на шасси транспортного средства.
Из уровня техники известно, что вместимость резервуара и габаритные размеры транспортной цистерны определяются формой поперечного сечения резервуара цистерны  и ее устойчивостью при передвижении. В зависимости от исполнения поперечный профиль разреза цистерны может иметь форму круга, овала или прямоугольника - сечение «чемодан» (С. Красовский. Чемодан, овал и круг. Автоцистерны для перевозки светлых нефтепродуктов. // Основные средства. 2013. №9. URL: http://www.os1.ru/article/7871-avtotsisterny-dlya-perevozki-svetlyh-nefteproduktov-chemodan-oval-i-kruq. Дата обращения 26.07.2019).
Наиболее совершенной и близкой по технической сущности к заявляемой модели является цистерна прямоугольного сечения в форме «чемодан». Эксплуатационные преимущества подобной цистерны заключаются в увеличенном объеме резервуара по сравнению с цистернами других сечений, а также более низкий центр тяжести транспортного средства с установленной на нем цистерной. Недостатком цистерны «чемодан» являются сложная технология раскроя и формообразования поперечного сечения цистерны «чемодан» (Как изготавливают автоцистерны на заводе [Электронный документ]. Youtube. URL: https://www.youtube.com/watch?v=oduiGZUUuQs. Дата обращения 30.07.2019.), а также поперечные гидравлические удары текучих грузов вбок резервуара и резкое смещение центра тяжести при маневрировании, существенно снижающие скорость движения и устойчивость транспортного средства на дорогах.
Фактор устойчивости особенно важен для транспортных цистерн в российских условиях с большой протяженностью грунтовых дорог и необходимостью маневрирования в условиях бездорожья. Для достижения устойчивости применяются различные конструкции транспортных цистерн.
Известна автоцистерна (Авторское свидетельство № BY 265; B65D 88/12; 5.06.2000) для перевозки пищевых продуктов, отличающаяся особой посадкой цистерны на шасси автомобиля, что делает возможным низкое расположение центра тяжести автомобиля, в результате чего повышается устойчивость автоцистерны при перевозке продукта.
Известна автоцистерна с волнорезами (Авторское свидетельство № SU 929500 А1; 65D 88/12; В60Р 3/22, В 08.08.1980), в которой при маневрировании на дорогах жидкость дросселируется через отверстия в волнорезах, силы поперечных гидравлических ударов частично рассеиваются волнорезами и направляются не в бок, а на днище автоцистерны, в результате чего резкого смещения центра тяжести не происходит, благодаря этому обеспечивается устойчивость автоцистерны при изменении направления или скорости движения.
Известна конструкция цистерны (Авторское свидетельство № RU 2201882 U1; B65D 88/12, B61D 5/00, B61D 5/06, В60Р 3/22; 19.09.2000), отличающаяся от известных размещением резервуара цистерны в бандажах, прикрепленных к раме посредством ложемента и опорного каркаса, при этом каждый бандаж выполнен в виде полуколец равнопрочного сечения однородного материала с возможностью стягивания их между собой и крепления цистерны к раме через амортизаторы из листовой резины между бандажом и резервуаром. При закреплении резервуара цистерны в кольцевых бандажах нагрузки на корпус от гидравлических ударов воспринимаются амортизаторами, гасятся в ложементах рамы и тем самым ограничивается быстрое смещение центра тяжести цистерны.
В ПАО «ГРАЗ» («Скания-лизинг» получил 16 новинок "ГРАЗ". [Электронный ресурс]. Портал коммерческого транспорта и спецтехники. URL: https://truck-and-bus.ru/news/industry/25427/. Дата обращения 31.07.2019) разработан четырехсекционный полуприцеп-нефтевоз вместимостью 37,9 м3 с укороченной длиной цистерны, в котором гашение гидравлических ударов и деформаций производится в металлоконструкциях за счет увеличения толщины стенок резервуара из стали 09Г2С до 5 мм, шкворневой плиты - на 12 мм, передней опоры - на 6 мм, а сам резервуар приваривается к ложементам рамы.
К недостаткам известных решений по транспортным цистернам следует отнести трудоемкость их изготовления, снижение эксплуатационных характеристик устойчивости транспортного средства с цистерной при маневрировании на дорогах и при движении по бездорожью.
Сущность полезной модели заключается в конструкции транспортной цистерны, у которой корпус центральной части ее резервуара спроектирован в форме трапециевидного тела с криволинейными сегментами верхнего и нижнего строения резервуара цистерны, корпус резервуара изготовлен по электронной цифровой модели проектирования, опирается криволинейным сегментом большего размера в нижней части цистерны на раму с приваренными  к ней ложементами, охвачен поясными лентами и прикреплен  с помощью пальцев-фиксаторов и стремянок к ложементам, при этом поперек ложементов выполнены сквозные отверстия круглого сечения, внутри которых вмонтированы напорно-всасывающие трубопроводы, а на концах ложементов и рамы прикреплены площадки.
Техническим результатом является цистерна, схематично изображенная на фиг. 1. и фиг. 2. Позиции на фиг. 1 и фиг. 2 обозначают: 1 - трапециевидный резервуар цистерны; 2, 3 - боковые стенки; 4 - система волнорезов; 5, 6 - боковые листы усиления стенок; 7 - опорные листы днища цистерны; 8 - днище цистерны; 9 - криволинейный сегмент верхнего строения резервуара; 10 - криволинейный сегмент нижней части резервуара; 11, 12 - горловина; 13 - фланец трубопроводной арматуры; 14 - переднее днище; 15 - заднее днище.
В резервуаре 1 с поперечным сечением в форме трапеции наклон боковых стенок 2 и 3 призван обеспечить рассеивание поперечных гидравлических ударов на волнорезах 4 и в стенках, усиленных боковыми листами 5 и 6, направить их на усиленное опорными листами 7 днище цистерны 8 и тем самым стабилизировать положение центра тяжести цистерны с грузом.
Криволинейные сегменты верхнего строения 9 и нижней части 10 цистерны выпуклые, служат для увеличения вместимости  цистерны, а также  для крепления к верхнему сегменту горловин 11 и 12, к нижнему сегменту - фланцев трубопроводной арматуры 13, а также переднего 14 и заднего 15 днищ к корпусу цистерны.
Резервуар 1 установлен на раме 16 в приваренные к раме ложементы 17 и 18. Ложементы спроектированы в одной цифровой среде с днищем 8 и опорными листами 7, изготовлены из цельного материала с минимальным количеством сварки, поперек ложементов выполены сквозные отверстия 19, 20 круглого сечения, внутри которых вмонтированы напорно-всасывающие трубопроводы.
Резервуар 1 цистерны охвачен цельными опоясывающими лентами 21, концы которых прикреплены стремянками 22 к ложементам 17 и 18 по бокам при помощи пальцев-фиксаторов. На раме и ложементах приварены площадки под технологические ящики 23 и смонтированы пеналы 24 для укладки напорно-всасывающих рукавов в транспортном положении. На пеналах установлены экологические короба 25 и 26 для сбора капельной течи с рукавов, препятствующие попаданию перевозимых материалов в окружающую среду.
Технический результат по снижению трудоемкости конструкции в изготовлении достигнут путем проектирования конструкции цистерны в единой цифровой среде с технологией, где производственные процессы логично связаны между собой электронными моделями конструкторской документации по следующей схеме: а) создается конструкторская документация цифровой модели на цистерну требуемой длины и вместимости, с минимально низким положением центра тяжести резервуара за счет поперечного сечения  его корпуса в форме трапеции; б) цифровые модели переносятся в технологические процессы, по которым производится раскрой и деформирование материалов для резервуара, а также днищ, волнорезов, перегородок, отверстий под горловины и фланцы; в) на вальцах формируются обечайки, которые деформируются и свариваются в трапециевидный резервуар; г) резервуар монтируется на раму как показано на фиг. 3 и фиг. 4. Позиции на фиг. 3 и фиг. 4 обозначают: 1 - резервуар; 16 - рама цистерны; 17, 18 - ложементы под днище резервуара; 19, 20 - сквозные отверстия в ложементах; 21 - опоясывающие ленты; 22 - стремянка; 23 - технологический ящик; 24 - пенал для укладки напорно-всасывающих рукавов при транспорте; 25, 26 - экологические короба.
Опытный образец полезной модели был изготовлен и опробован предприятием-заявителем на автотопливозаправщике АТЗ-11,5-КАМАЗ-43118, общий вид которого представлен на фиг. 5. Цистерна, спроектированная с поперечным сечением резервуара форме в трапеции, может быть  спроектирована в цифре, изготовлена на производстве, укомплектована насосными блоками и установлена на транспортные средства всех типов с минимальными техническими и денежными затратами.
Цифровое моделирование машиностроительного производства является эффективным инструментом для назначения параметров и изготовления цистерны с увеличенным объемом резервуара и пониженным центром тяжести размещаемого в ней груза.
На фиг. 6. представлены две цистерны одинаковой длины, спроектированные и изготовленные предприятием-заявителем по одной цифровой модели, но с разными поперечными профилями: круглая цистерна получилась вместимостью 10 куб. метров, в то время как вместимость цистерны с поперечным сечением резервуара в форме трапеции увеличилась до 11,5 куб. метров при более низком, даже визуально ощущаемом, расположении центра тяжести резервуара.