Узел крепления котла вагона-цистерны на раме

Полезная модель относится к рельсовым транспортным средствам, в частности к цистернам для перевозки текучих продуктов, и может быть использована при монтаже котла вагона-цистерны на раму.
Известен узел крепления котла цистерны на раме вагона, повышающий надежность путем снижения удельной нагрузки на сварной шов, соединяющий опорный элемент с обечайкой котла (патент РФ № 152042, опубл. 27.04.2015, бюл. 12). Узел крепления котла цистерны к раме содержит приваренные к обечайке котла опорные пластины с несущими монтажными ребрами, при этом один или оба конца опорных пластин выполнены с расширением, сопрягаемым с основной средней частью опорной пластины. Расширения концов опорных пластин могут быть выполнены по радиусу в виде круга с диаметром, превышающим ширину опорных пластин. Опорная пластина, также, может иметь переменную толщину, уменьшающуюся к кромкам. Для увеличения периметра кромок под сварку опорных пластин один или оба конца опорных пластин выполнены с расширением, сопрягаемым с основной средней частью опорной пластины, расширения концов опорных пластин могут быть выполнены по радиусу в виде круга с диаметром, превышающим ширину опорных пластин.
Кроме того, из уровня техники известен узел крепления котла цистерны на раме вагона-цистерны также обеспечивающий повышение надежности узла (патент РФ № 170660, опубл. 03.05.2017, бюл. 13). Узел крепления котла цистерны на раме содержит приваренные к наружной цилиндрической поверхности котла опорные пластины с монтажными ребрами, предназначенными для соединения с хребтовой балкой рамы вагона-цистерны. Кроме того, узел крепления котла цистерны усилен шпангоутами, размещенными на наружной цилиндрической поверхности котла цистерны. Монтажные ребра состыкованы и жестко соединены с указанными шпангоутами. Концы опорных пластин, несущих монтажные ребра, пропущены через прорези, выполненные в шпангоутах, которые могут быть выполнены замкнутой кольцевой формы, охватывающими цилиндрическую поверхность котла вагона-цистерны.
Общим недостатком известных узлов крепления котла вагона-цистерны на раме является их низкая надежность из-за возникновения концентрации напряжений в зоне сварных швов в центральной части котла и в зоне поддона и отверстия под сливной узел, возникающих при соударениях с другими вагонами, при роспуске с горки, а также из-за скачков напряжений от воздействия жидкого груза при различных маневровых работах.
Задачей полезной модели является повышение надежности узла крепления котла вагона-цистерны на раме.
Техническим результатом является снижение удельной нагрузки на сварные швы, соединяющие опорную пластину с обечайкой и лапой котла, а также исключение скачков напряжений в зоне поддона и сливного отверстия.
Технический результат достигается тем, что в узле крепления котла вагона-цистерны на раме, содержащем соединенную с обечайкой котла вагона-цистерны опорную пластину и закрепленные на ней лапы котла, предложено опорную пластину выполнить перекрывающей зону поддона и сливного узла, и в составе соединенных сварными швами продольных и центральных элементов, при этом центральные элементы в сборе образуют отверстие под сливной узел, а поперечные сварные швы, соединяющие центральные элементы опорной пластины, разнесены со швом, соединяющим листы обечайки котла, при этом лапы котла выполнены попарно объединенными.
Соединения всех элементов опорной пластины выполнены сварными швами встык, соединение опорной пластины с обечайкой котла выполнены сварными швом внахлест, а соединение опорной пластины с монтажными ребрами выполнены двусторонними тавровыми швами.
Выполнение опорной пластины в составе соединенных сварными швами продольных элементов и центральных элементов, образующих в сборе отверстие под сливной узел, исключает скачки напряжений в области окончания продольных элементов опорной пластины и в зоне поддона и сливного узла.
Выполнение опорной пластины сборной, а поперечных швов, соединяющих ее центральные элементы, разнесенными со швом, соединяющим листы обечайки котла обеспечивает увеличение общей длины сварных швов, соединяющих опорную пластину с обечайкой котла, снижает удельную нагрузку на сварные швы.
Выполнение лап котла попарно объединенными исключает возникновение резких скачков напряжений из-за перекрытия всей области перелома изгибающего момента, возникающего из-за перехода толщин между обечайкой и опорной пластиной.
Равномерное распределение удельной нагрузки на сварные швы и исключение резких скачков напряжений в зонах окончания опорной пластины и сливного узла позволит повысить надежность узла крепления и одновременно уменьшить толщину обечайки.
Пример исполнения предлагаемой к патентованию полезной модели поясняется следующими чертежами.
На фиг. 1 представлен общий вид узла крепления котла вагона-цистерны в сборе с рамой и котлом (ЗD модель, повернуто); на фиг. 2 – общий вид узла крепления котла вагона-цистерны; на фиг. 3– опорная пластина; на фиг. 4 – лапы котла, на фиг. 5 - результаты испытаний известного узла крепления котла вагона-цистерны; на фиг. 6 - результаты испытаний предлагаемого к патентованию узла крепления котла вагона-цистерны.
Узел крепления котла 1 вагона-цистерны на раме содержит соединенную с обечайкой 2 опорную пластину 3 и закрепленные на ней лапы 4 котла 1. Опорная пластина 3 перекрывает зону 5 поддона и сливного узла и образует единую продольную опорную поверхность. Опорная пластина 3 выполнена сборной и состоит из двух малых центральных элементов 6 и двух больших центральных элементов 7, соединенных поперечными сварными швами 8 и продольными сварными швами 9. Малые и большие центральные элементы 6 и 7 в сборе образуют отверстие 10 под поддон или сливной узел. В состав опорной пластины 3 входят четыре удлиненных элемента 11, соединенных с центральными элементами 6 и 7 поперечными сварными швами 12. Удлиненные элементы 11 расположены симметрично относительно соединенных центральных элементов 6 и 7 и оппозитно к друг другу. Все элементы опорной пластины соединены сварными швами 8, 9 и 12 внахлест, при этом сварные швы 8 и 9 разнесены относительно сварного шва 13, соединяющего листы обечайки 2 котла 1. Элементы 6, 7 и 11 опорной пластины 3 соединены с обечайкой котла 2 сварными швами внахлест. Лапы котла 4 выполнены попарно объединенными. Каждая лапа 4 котла 1 размещена вдоль двух симметрично расположенных удлиненных элементов 11 и соответствующих им центральных элементов 6 и 7 опорной пластины 3, причем длина нижнего основания лап 4 котла 1 не превышает длину опорной пластины 3. Лапы 4 котла 1 соединены с элементами опорной пластины 3 двусторонними тавровыми швами.
На фиг.5 приведены результаты испытаний, показавшие распределение расчетных эквивалентных напряжений на вагоне-цистерне с известным узлом крепления котла вагона-цистерны (обечайка котла имеет броневой лист) на раме по режиму роспуска с горки и дальнейшего его соударения с другим вагоном с силой 3,5 МН («удар 3,5 МН») и по режиму гидроиспытания котла, а на фиг. 6 результаты тех же испытаний на вагоне-цистерне с предложенным к патентованию узлом крепления котла вагона-цистерны на раме.
Как видно, в известном узле крепления котла вагона-цистерны на раме по режиму «удар 3,5 МН», возникает резкий скачок напряжений центральной части котла, в зоне окончания опорной накладки и в зоне поддона или сливного прибора из-за изгибающего момента, резкого перехода толщин между обечайкой и накладкой, а также наличием отверстия в обечайке. По режиму гидроиспытаний имеем скачок напряжений в зоне сливного прибора или поддона из-за наличия отверстия под поддон или сливной прибор, являющегося концентратором напряжений.  В узле крепления котла вагона-цистерны на раме, предложенном к патентованию по режиму «удар 3,5 МН» и по режиму гидроиспытаний скачки напряжений в центральной части котла, в зонах опорной пластины, поддона или сливного прибора отсутствуют.
Предложенная полезная модель позволит исключить скачки напряжений в центральной части котла, а также достичь более равномерного распределения нагрузки в области поддона или сливного устройства и, следовательно, повысить надежность узла крепления вагона-цистерны на раме и, кроме того, снизить толщину обечайки или отказаться от броневого листа (при его использовании), так как толщина обечайки подбирается в зависимости от напряженно-деформируемого состояния в области опорной пластины в центральной части котла.