ВАГОН-ЦИСТЕРНА

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, в частности к железнодорожным вагонам-цистернам.
Уровень техники
Из патента на полезную модель RU 154206 U1, МПК B61D 5/00, B61F 1/01, опубликован 20.08.2015, известен котел безрамной цистерны, крайние царги которого усилены шпангоутами, выполненными из швеллерного профиля и соединенными с опорами котла, при этом ширина шпангоутов по существу равна ширине опор котла. Для повышения прочности котла на обечайке крайней царги предусмотрены усиливающие элементы в виде накладок, установленных между обечайкой котла и полурамой. Недостатками такого решения является концентрация механических напряжений на концах накладок, что приводит к повышенным прочностным требованиям к обечайке, в результате чего котлы имеют повышенную массу, а также использование шпангоутов из швеллерного профиля, что повышает трудоемкость и металлоемкость изготовления котла цистерны.
Из патента на полезную модель RU 170660 U1 известен узел крепления котла на раме вагона-цистерны, содержащий приваренные к наружной цилиндрической поверхности котла опорные пластины с монтажными ребрами. Узел крепления котла усилен шпангоутами замкнутой кольцевой формы, охватывающими цилиндрическую поверхность котла вагона-цистерны, при этом шпангоуты жестко соединены с монтажными ребрами и выполнены из швеллерного профиля. Недостатками известного решения является высокая трудоемкость изготовления обечайки котла при использовании для ее усиления шпангоутов из швеллерного профиля, а также недостаточная прочность котла в месте его опирания на полурамы, а также повышенная металлоемкость изготовления вагона-цистерны.
Раскрытие сущности полезной модели
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является устранение концентраторов механических напряжений в усиливающих элементах котла вагона-цистерны, что позволяет снизить прочностные требования к обечайкам котлов, а также повысить надёжность узла опирания котлов на полурамы в процессе эксплуатации. Кроме того, применение в качестве замыкающих элементов полос вместо шпангоутов позволяет снизить массу конструкции, а также избежать выхода вагона за габарит.
Заявленный технический результат обеспечивается вагоном-цистерной, содержащим котел, выполненный в виде горизонтально расположенной емкости, состоящей из сваренных между собой по существу цилиндрических царг обечайки и днищ, и опирающийся через полурамы на ходовые тележки, причем обечайка котла снабжена усиливающими элементами. Согласно настоящей полезной модели усиливающие элементы обечайки выполнены в виде замкнутых поясов, охватывающих обечайки. Усиливающие пояса состоят из подкладных листов и соединительных полос, причем подкладные листы выполнены шире соединительных полос и расположены между котлом и полурамами, при этом концы соединительных полос соединены с концами подкладных листов.
Соединительные полосы и подкладные листы усиливающих элементов предпочтительно выполнены из листового металлопроката одинаковой или разной толщины.
В одном из вариантов осуществления усиливающие элементы в виде поясов содержат одну соединительную полосу. В другом варианте осуществления усиливающие элементы содержат две соединительные полосы.
Концы соединительных полос соединены с концами подкладных листов предпочтительно посредством сварки.
В одном из вариантов осуществления соотношение ширины соединительных полос и подкладных листов усиливающих элементов, содержащих одну соединительную полосу и расположенных в центральной части сочлененного вагона-цистерны, составляет от 0,1 до 0,2.
В одном из вариантов осуществления соотношение ширины соединительных полос и подкладных листов усиливающих элементов, содержащих две соединительные полосы и расположенных в консольной части сочлененного вагона-цистерны, составляет от 0,05 до 0,1.
Настоящая полезная модель может быть использована для вагонов-цистерн сочлененного и несочлененного типа.
Краткое описание чертежей
Предлагаемая полезная модель поясняется графическим материалом.
На фиг. 1 изображена секция сочлененного вагона-цистерны.
На фиг. 2 показан первый вариант выполнения усиливающего элемента, вид в перспективе.
На фиг. 3 показан первый вариант выполнения усиливающего элемента, вид сбоку.
На фиг. 4 показан второй вариант выполнения усиливающего элемента, вид в перспективе.
На фиг. 5 показан второй вариант выполнения усиливающего элемента, вид сбоку.
Осуществление полезной модели
Далее со ссылкой на сопровождающие фигуры детально описан один из вариантов осуществления полезной модели.
,
На фиг. 1 изображена одна из секций безрамного вагона-цистерны сочлененного типа, содержащая центральную полураму 3, расположенную смежно с местом сочленения соседних секций и опирающуюся вместе со смежной секцией на общую центральную тележку (не показана) и консольную полураму 4, опирающуюся на консольную тележку вагона-цистерны (не показана).
Секция безрамного вагона-цистерны содержит котел, выполненный в виде горизонтально расположенной емкости, состоящей из обечайки 1 и двух днищ 2, и опирающийся через две полурамы 3, 4 на ходовые тележки (не показаны). Обечайка 1 котла состоит из по существу цилиндрических царг, соединенных между собой сварными швами.
В эксплуатации вагонов-цистерн безрамного типа в зонах опирания котлов на полурамы возникают повышенные механические напряжения. Для перераспределения повышенных напряжений на большую площадь и, как следствие, снижения прочностных требований к обечайке котла обечайка 1 котла снабжена усиливающими элементами, содержащими подкладные листы 5, 6. Размеры подкладных листов 5, 6 выполнены больше зон опирания обечаек 1 котлов на полурамы 3, 4 (фиг. 1). Подкладные листы приварены к обечайке 1 и соединены с полурамами 3, 4 посредством опор коробчатого сечения с образованием нижних опорных поверхностей котла.
Оконечности подкладных листов 5, 6 при отсутствии соединительных полос выступают концентраторами механических напряжений в зонах 8, 9, показанных на фиг. 3, 5, что приводит к локализации повышенных значений напряжений в местах оконечностей указанных листов 5, 6. Для снижения напряжений и, как следствие, снижения прочностных требований к обечайке котла, а также повышения надежности узла соединения котла цистерны с полурамами, усиливающие элементы дополнительно содержат соединительные полосы 7, соединенные с подкладными листами 5, 6 для замыкания подкладных листов 5, 6 вокруг обечайки котла, как показано на фиг. 1.
Таким образом, усиливающие элементы выполнены в виде замкнутых усиливающих поясов, охватывающих обечайки котла и состоящих из подкладных листов 5, 6 и соединенных с ними, преимущественно посредством сварки, соединительных полос 7. Соединительные полосы и подкладные листы выполнены предпочтительно из листового металлопроката. Материал, из которого они изготавливаются, обычно представляет собой сталь.
Подкладные листы 5, 6 расположены между котлами 1 и полурамами 3, 4 и выполнены существенно шире каждой из соединительных полос 7, а концы каждой из соединительных полос 7 соединены с концами соответствующего подкладного листа 5, 6.
Таким образом, усиливающие элементы, включающие в себя подкладные листы 5, 6 и соединительные полосы 7, являются замкнутыми, благодаря соединительным полосам 7, приваренным как к краям самих листов 5, 6, так и к обечайке 1. В результате этого в усиливающих элементах исключаются концентраторы напряжений, а сами механические напряжения перераспределяются по максимально большой площади, включающей в себя площадь подкладных листов 5, 6 и площадь соответствующих соединительных полос 7, проходящих вокруг всего цилиндрического элемента обечайки 1 котла вагона-цистерны.
Как показано на фиг. 1, в консольных частях котлов вагона-цистерны сочлененного типа расположены усиливающие элементы с широкими подкладными листами 6, которые содержат по две соединительные полосы 7, а в центральных частях котлов сочлененного вагона-цистерны расположены усиливающие элементы с узкими подкладными листами 5, которые содержат по одной соединительной полосе 7.
Таким образом, подкладные листы 5 и 6 отличаются для консольной и центральной частей секции вагонов-цистерн сочлененного типа. Например, подкладные листы могут иметь сужающуюся к своим оконечностям форму, как это показано на фиг. 2, или расширяющуюся к своим оконечностям форму, как это показано на фиг. 4. К оконечностям подкладного листа 5 сужающейся формы присоединена одна соединительная полоса 7, как это можно видеть на фиг. 1 и 2, а к концам подкладного листа 6 расширяющейся формы присоединены две соединительные полосы 7, как это можно видеть на фиг. 1 и 5.
При этом соотношение ширины L1 соединительных полос 7 и ширины L2 узких (центральных) подкладных листов 5 составляет от 0,1 до 0,2 (см. фиг. 3), а соотношение ширины L1 соединительных полос 7 и ширины L3 широких (консольных) подкладных листов 6 составляет от 0,05 до 0,1 (см. фиг. 5). Нижняя граница указанных выше диапазонов определяется необходимостью обеспечения прочности сварного шва, соединяющего подкладной лист и соединительную полосу. В случае соотношения сторон L1/L2 менее 0,1 и L1/L3 менее 0,05 на концах сварных швов остаются концентраторы напряжений, поскольку недостаточная ширина соединительной полосы не полностью перекрывает зону повышенных напряжений, что может привести к образованию в указанной зоне трещин с их последующим распространением на обечайку котла. Верхняя граница указанных диапазонов обусловлена требованиями по минимизации металлоемкости соединительной полосы. Таким образом, указанные соотношения ширины соединительных полос 7 и ширины подкладных листов 5, 6 позволяют обеспечить необходимую прочность котла вагона-цистерны в местах его опоры на полурамы, и при этом обеспечить снижение металлоемкости и сложности изготовления котла цистерны за счет использования в качестве соединителей усиливающих элементов металлических полос вместо профилированных шпангоутов.
Фактическая ширина, толщина, количество и геометрические параметры подкладных листов и соединительных полос выбираются исходя из минимизации массы, стоимости и надежности конструкции для каждого вагона-цистерны.
Настоящая полезная модель была пояснена выше на примере секции сочлененного вагона-цистерны. Однако настоящая полезная модель может быть также использована для усиления котлов вагонов-цистерн несочлененного типа. В последнем случае с обеих сторон котла цистерны используются усиливающие элементы одного вида, преимущественно консольные усиливающие элементы, состоящие каждый из широкого подкладного листа 6 и двух соединительных полос 7.