Вагон-цистерна

Полезная модель относится к грузовым вагонам железнодорожного транспорта, в частности к конструкции вагонов-цистерн для перевозки сильно коррозийно-активных грузов, например крепкой азотной кислоты.
Из уровня техники известен вагон-цистерна для перевозки крепкой азотной кислоты (кислотного меланжа) модели 15-1406 (ЖКЦ – 39), содержащий котел, закрепленный на раме, установленной на ходовые тележки. Котел вагона-цистерны выполнен из алюминиевого сплава марки АД0, содержит обечайку и днища и оборудован фасонными лапами котла. Котел вагона-цистерны закреплен на раме посредством соединения лап котла с лапами рамы.
Технической проблемой, присущей данному техническому решению, является недостаточная прочность фасонных лап котла, выполненных из алюминиевого сплава, что приводит к механическому износу деталей, к конструктивным повреждениям узла крепления котла к раме вагона-цистерны, а также к трещинам сварных швов фасонных лап.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение надежности вагона-цистерны за счет обеспечения условий прочности узла крепления котла из алюминиевого сплава к рамной конструкции и лап котла, в частности.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в вагоне-цистерне для перевозки коррозийно-активных грузов, включающем котел, выполненный из алюминиевого сплава с содержанием алюминия не менее 99,5%, содержащий обечайку, днища и лапы котла, посредством которых жестко закреплен на рамной конструкции, выполненной в виде рамы или полурамы, установленной на ходовые тележки, согласно настоящей полезной модели, лапы котла выполнены из двух составляющих элементов, содержащих полки и стенки, соединенных между собой стенками, при этом полки составляющих элементов разнонаправлены и закреплены на обечайке котла. Лапы котла вагона-цистерны могут быть выполнены симметричными и закреплены симметрично относительно продольной оси котла и поперечной плоскости котла вагона-цистерны. Составляющие элементы лап котла могут быть выполнены Г-образной формы. Составляющие элементы лап котла могут быть выполнены разной формы, внутренний элемент выполнен Г-образной формы, наружный элемент выполнен П-образной формы. Отношение значений ширины полки составляющего элемента к высоте его стенки составляет от 0,3 до 1.  Лапы котла могут быть выполнены с прорезями для сварного соединения с обечайкой котла вагона-цистерны. Лапы котла могут быть выполнены с отверстиями для соединения с лапами рамной конструкции вагона-цистерны посредством элементов крепления. Лапы котла могут быть расположены под углом друг к другу от 0° до 100°. Плоскость стенок лап котла может быть расположена по направлению к центральной продольной оси котла вагона-цистерны. Лапы котла могут быть выполнены длиной от 1000 до 2500 мм вдоль продольной оси котла.
Заявляемая полезная модель отличается от прототипа тем, что лапы котла выполнены из двух составляющих элементов, полки которых разнонаправлены и закреплены на обечайке котла, и лапы котла вагона-цистерны могут быть выполнены симметричными и закреплены симметрично относительно продольной оси котла и поперечной плоскости котла вагона-цистерны, при этом составляющие элементы лап котла могут быть выполнены Г-образной формы или разной формы, внутренний элемент выполнен Г-образной формы, наружный элемент выполнен П-образной формы, и плоскость стенок лап котла может быть расположена по направлению к центральной продольной оси котла вагона-цистерны, при этом вагон-цистерна по п. 1, отличающийся тем, что отношение значений ширины полки составляющего элемента к высоте его стенки составляет от 0,3 до 1, кроме того, лапы котла могут быть выполнены с прорезями для сварного соединения с обечайкой котла вагона-цистерны или с отверстиями для соединения с лапами рамной конструкции вагона-цистерны посредством элементов крепления, а также лапы котла могут быть расположены под углом друг к другу от 0° до 100° и могут быть выполнены длиной  от 1000 до 2500 мм.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 – вагон-цистерна (общий вид), фиг. 2 – разрез А-А на фиг. 1.
Вагон-цистерна, представленный на фиг. 1, содержит котел 1, закрепленный на рамной конструкции, выполненный в виде рамы 2, установленной на ходовые тележки 3. Котел 1 содержит обечайку 4, днища 5 и лапы котла 6. Лапы 6 котла 1 вагона-цистерны выполнены с отверстиями 6.1 для соединения с лапами рамной конструкции 2 посредством элементов крепления (не показаны на фиг. 1) и с прорезями 6.2 (фиг. 2) для сварного соединения лап 6 с обечайкой 4 котла 1 вагона-цистерны.
Лапы 6 котла 1 выполнены из двух составляющих элементов 6.3, выполненных в представленном варианте Г-образной формы. Полки 6.4 составных элементов 6.3 лап 6 котла 1 разнонаправлены и закреплены на обечайке 4 котла 1 вагона-цистерны. Лапы 6 котла 1 соединены с лапами рамы 2.1 посредством элемента крепления 6.5, в представленном варианте в качестве элемента крепления используется шпилька с гайками и шплинтами.
Технический результат заявляемой полезной модели, заключающийся в повышении надежности вагона-цистерны, достигается следующим образом.
Благодаря тому, что котел изготовлен из алюминиевого сплава с содержанием алюминия не менее 99,5 %, обеспечивается снижение по сравнению со стальным котлом массы котла, тем самым увеличивается грузоподъемность вагона-цистерны и повышается его перевозочная способность.
Выполнение фасонных лап котла вагона-цистерны из алюминиевого сплава обеспечивает рациональный выбор материалов и исключает возникновение проблем с приваркой лап к обечайке котла вагона-цистерны, но не обеспечивает достаточной прочности конструкции лап котла, посредством которых котел закрепляется на рамной конструкции вагона-цистерны. Лапы котла, выполненные из двух составляющих элементов (наружного и внутреннего), соединенных между собой, полки которых разнонаправлены и закреплены на обечайке котла вагона-цистерны, позволяют обеспечить выполнение условий прочности лап котла и узла крепления котла вагона-цистерны к рамной конструкции, что обеспечивает повышение надежности вагона-цистерны в целом за счет упрочнения стенок лап котла и увеличения площади распределения нагрузок, действующих от котла вагона-цистерны на лапы котла. Выполнение обоих составных элементов Г-образной формы или выполнение внутреннего элемента Г-образной формы и наружного элемента П-образной формы обеспечивает повышение прочности лап котла за счет того, что внутренний составной элемент лапы котла вагона-цистерны Г-образной формы является усиливающим элементом фасонной лапы котла вагона-цистерны.
Для обеспечения высокой прочности соединения лап котла с обечайкой котла и лапами рамной конструкции отношение значений ширины полки составляющего элемента лап котла к высоте его стенки составляет от 0,3 до 1 для каждого составного элемента лап котла. Для обеспечения указанного отношения ширина полок составных элементов может составлять от 100 до 200 мм, а высота стенок составных элементов лап котла – от 100 до 300 мм, при этом внутренний составной элемент может быть выполнен с высотой стенки меньшей, чем высота стенки внешнего составного элемента.  Значение отношения ширины полки к высоте стенки и составного элемента больше, чем 1, не обеспечивает высокой прочности за счет увеличения длины сварных швов по краям соединения полок лап котла с обечайкой котла, что приводит к ускорению процесса возникновения коррозии и трещин. Значение отношения ширины полки к высоте стенки составного элемента меньшее 0,3 не обеспечивает достаточной прочности лап котла, так как либо высота стенки составных элементов будет велика, что приведет к повышению вероятности прогиба стенок составных элементов, либо ширина полки составных элементов будет мала и не обеспечит достаточной прочности приварки лап котла к обечайке котла.
Лапы котла жестко закрепляют на обечайке котла вагона-цистерна посредством сварных швов по краям соединения лап котла с обечайкой котла, кроме того выполнение прорезей в полках лап котла позволяет увеличить длину сварных швов и обеспечить более прочное соединение лап котла с обечайкой, что повышает прочность узла крепления котла вагона-цистерны к рамной конструкции и повышение надежности вагона-цистерны в целом.
В составных элементах лап котла выполнены отверстия для соединения с ответными лапами рамной конструкции посредством элементов крепления. В качестве элементов крепления могут быть использованы шпильки, заклепки, болты с антикоррозийным покрытием и термически обработанные, самостопорящиеся болты или болты других видов. При этом в случае, если высота стенки внутреннего составного элемента меньше, чем высота стенки внешнего составного элемента, то отверстия для соединения лап котла с лапами рамной конструкции могут быть выполнены только в стенках внешних составных элементах.
Лапы котла могут быть расположены под углом друг к другу от 0° до 100°. Параллельное расположение стенок лап котла обеспечено разным углом наклона полок составляющих элементов к плоскости их стенок, что позволяет повысить прочность узла крепления котла вагона-цистерны к рамной конструкции за счет прямой передачи нагрузок, действующих от котла на рамную конструкцию вагона-цистерны. Максимальное значение угла расположения лап котла друг к другу обеспечивает повышение прочности за счет упругого восприятия нагрузок, действующих на лапы котла со стороны котла вагона-цистерны. При дальнейшем увеличении угла расположения лап котла друг к другу снижается прочность соединения котла вагона-цистерны с рамной конструкцией.
Под расположением плоскости стенок лап котла по направлению к центру подразумевается расположение плоскости стенки лап котла перпендикулярно относительно касательной к поверхности обечайки котла в месте пересечения оси симметрии лапы котла с поверхностью обечайки.
Расположение лап котла под углом в 90° друг к другу и обеспечивает равномерное и симметричное распределение действующих внешних нагрузок относительно продольной оси котла вагона-цистерны.
Лапы котла являются опорой котла вагона-цистерны на рамную конструкцию. Минимальное значение длины лап котла 1000 мм обеспечивает выполнение условий прочности узла крепления котла к раме вагона-цистерны, чем больше значение длины лап котла, тем выше прочность. Значение длины лап котла, равное 2500 мм, является максимальным значением, при котором значение прочности котла вагона-цистерны увеличивается незначительно при увеличении длины лап котла.
Таким образом, заявляемая полезная модель всей своей совокупностью существенных признаков позволяет повысить надежность вагона-цистерны за счет обеспечения условий прочности узла крепления котла к рамной конструкции и лап котла, в частности.