КОТЁЛ ВАГОНА-ЦИСТЕРНЫ

Область техники, к которой относится полезная модель
[0001] Предложенное техническое решение относится к конструктивным элементам вагонов-цистерн, а именно к котлам.
Уровень техники
[0002] Известен котёл вагона-цистерны, раскрытый в патенте России № 71950 на полезную модель, опубл. 27.03.2008, принятый в качестве наиболее близкого аналога и содержащий цилиндрическую секцию, два днища и четыре шпангоута, при этом цилиндрическая секция имеет длину L, два днища соединены с цилиндрической секцией, два шпангоута расположены в средней части цилиндрической секции на расстоянии m, удовлетворяющим условию 0,25L ≤ m ≤ 0,435L.
[0003] Недостатком известного технического решения является повышенная масса и металлоёмкость.
[0004] Техническая проблема заключается в создании технического решения, в котором устранены недостатки аналога.
Раскрытие сущности полезной модели
[0005] Технический результат заключается в снижении массы котла вагона-цистерны при сохранении его прочности и жёсткости.
[0006] Технический результат достигается за счёт того, что котёл вагона-цистерны имеет цилиндрическую часть длиной L и содержит два днища и два шпангоута, при этом расстояние m между шпангоутами удовлетворяет условию 0,25L ≤ m ≤ 0,475L, а ширина b каждого шпангоута удовлетворяет условию b≥2s+5 мм, где s – толщина стенки шпангоута.
[0007] В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что по меньшей мере один шпангоут выполнен кольцевым.
[0008] В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что каждый шпангоут выполнен кольцевым.
[0009] В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что по меньшей мере один шпангоут имеет П-образное сечение.
[0010] В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что каждый шпангоут имеет П-образное сечение.
[0011] В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что по меньшей мере одно днище выполнено с отбортовкой.
[0012] В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что каждое днище выполнено с отбортовкой.
[0013] В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что ширина B отбортовки по меньшей мере одного днища удовлетворяет условию B ≥ 3S+5 мм, где S – толщина стенки котла.
[0014] В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что ширина B отбортовки каждого днища удовлетворяет условию
B ≥ 3S+5 мм.
Краткое описание чертежей
[0015] Вариант выполнения предложенного технического решения характеризуется чертежами, где на:
[0016] – Фиг. 1 представлен его общий вид,
[0017] – Фиг. 2 представлено сечение шпангоута,
[0018] – Фиг. 3 представлено распределение эквивалентных напряжений в котле,
[0019] – Фиг. 4 представлена зависимость коэффициента запаса устойчивости от расстояния между шпангоутами,
[0020] – Фиг. 5 представлена зависимость эквивалентных напряжений от расстояния между шпангоутами.
Осуществление полезной модели
[0021] На Фиг. 1 представлен котёл 1. Котёл 1 имеет цилиндрическую часть длиной L и включает в себя цилиндрическую секцию 2, два днища 3 и два шпангоута 4.
[0022] Цилиндрическая секция 2 выполнена из четырёх последовательно соединённых обечаек.
[0023] Днища 3 расположены в концевых частях котла 1, соединены с цилиндрической секцией 2, при этом каждое днище 3 выполнено с отбортовкой 5, ширина B которой удовлетворяет условию B ≥ 3S+5 мм, где S – толщина стенки котла 1 и задана из диапазона от 5 до 14 мм (5 ≤ S ≤ 14 мм).
[0024] Шпангоуты 4 предназначены для повышения жёсткости котла 1, выполнены одинаковыми и кольцевыми (по форме котла 1) и расположены в средней части цилиндрической секции 2 и с внешней её стороны, при этом расстояние m между шпангоутами 4 удовлетворяет условию m=0,3425L. Ширина b шпангоута 4 удовлетворяет условию b ≥ 2s+5 мм, где s – толщина стенки шпангоута 4.
[0025] Цилиндрическая часть котла 1 включает в себя цилиндрическую секцию 2 и отбортовки 5 днищ 3, при этом длина L цилиндрической части складывается из длины цилиндрической секции 2 и длин отбортовок 5 днищ 3. Отбортовки днищ 3 являются цилиндрическими участками днищ 3.
[0026] На Фиг. 2 представлен один из шпангоутов 4. Шпангоут 4 выполнен симметричным, имеет П-образное сечение по всей своей длине и включает в себя полку 6 и две стенки 7, посредством которых он соединён с обечайкой. Такая форма шпангоута 4 позволяет повысить его технологичность и технологичность котла 1 в целом.
[0027] На Фиг. 3 представлено распределение эквивалентных напряжений в котле 1 при ударе 2,5 МН и упомянутом ранее расстоянии m между шпангоутами 4. По результатам моделирования установлено, что возникающие напряжения не превышают значений допускаемых напряжений, и обеспечивается заданная прочность.
[0028] Решение технической проблемы и достижение технического результата продемонстрированы на описанном ранее варианте осуществления предложенного технического решения со ссылкой на соответствующие чертежи. Специалисту в данной области техники очевидно, что признаки предложенного технического решения могут быть реализованы с использованием известных из уровня техники материально-технических средств. Ниже приведены примеры выполнения некоторых признаков предложенного технического решения.
[0029] В других вариантах выполнения предложенного технического решения по меньшей мере одно его устройство может быть выполнено из по меньшей мере одного известного из уровня техники материала.
[0030] В других вариантах выполнения предложенного технического решения по меньшей мере два его устройства могут быть соединены посредством по меньшей мере одной известной из уровня техники сборочной операции, например, сваркой.
[0031] В других вариантах выполнения предложенного технического решения по меньшей мере один или предпочтительно каждый шпангоут 4 выполнен кольцевым и(или) имеет П-образное сечение. Шпангоуты с П-образным сечением по сравнению со шпангоутами с коробчатым сечением имеют меньшую массу за счёт отсутствия одной из стенок, но при этом прочность, жёсткость и надёжность предложенного технического решения сохранены, поскольку в этом случае роль одной из стенок выполняет стенка котла, образуя таким образом замкнутое сечение. Очевидно, что в других вариантах выполнения предложенного технического решения по меньшей мере один или каждый шпангоут 4 может иметь замкнутое или незамкнутое сечение.
[0032] Указанное ранее условие для нахождения расстояния m между шпангоутами 4 является предпочтительным. В других вариантах выполнения предложенного технического решения расстояние m между шпангоутами 4 удовлетворяет условию 0,25L ≤ m ≤ 0,475L.
[0033] На Фиг. 4 представлено зависимость коэффициента запаса устойчивости (далее – Кзу) от расстояния m между шпангоутами 4. Кзу должен быть больше минимально допустимого значения, которое согласно ГОСТ 33211-2014 (далее – ГОСТ), равно 1,5. При расстоянии m между шпангоутами 4 большем, чем 0,475L, конструкция котла 1 перестаёт удовлетворять требованиям ГОСТ к прочности и динамическим качествам.
[0034] На Фиг. 5 представлена зависимость эквивалентных напряжений от расстояния m между шпангоутами 4. Чтобы удовлетворить критерию прочности, возникающие в конструкции котла 1 эквивалентные напряжения не должны превышать величину максимально допускаемых напряжений. Согласно ГОСТ, при ударе 2,5 МН, величина напряжений не должна превышать 221,5 МПа. При расстоянии m между шпангоутами 4 менее, чем 0,25L, конструкция котла 1 не удовлетворяет критериям прочности, в связи с тем, что величина возникающих эквивалентных напряжений превышает величину допускаемых напряжений.
[0035] Если выйти за рамки данного диапазона m, конструкция котла 1 не будет удовлетворять требованиям ГОСТ. По результатам расчёта на прочность было получено значение коэффициента запаса устойчивости оболочки котла 1 вагона-цистерны Кзу=1,85. Данное значение больше минимально допустимого значения, согласно ГОСТ, равного 1,5. Следовательно, конструкция данного котла 1 удовлетворяет требованиям ГОСТ.
[0036] В других вариантах выполнения предложенного технического решения по меньшей мере одно или каждое днище 3 может представлять собой известное из уровня техники днище и может включать в себя цилиндрический участок – отбортовку 5, при этом ширина B отбортовки 5 по меньшей мере одного или каждого днища 3 может удовлетворять условию B ≥ 3S+5 мм.
[0037] В других вариантах выполнения предложенного технического решения цилиндрическая секция 2 может представлять собой цилиндрическую секцию известного из уровня техники котла вагона-цистерны.
[0038] В других вариантах выполнения предложенного техническая решения его цилиндрическая часть может быть выполнена в виде цилиндрической секции 2. Цилиндрическая часть предложенного технического решения помимо цилиндрической секции 2 может дополнительно включать в себя отбортовку 5 по меньшей мере одного или каждого днища 3, если такая отбортовка 5 является цилиндрическим участком соответствующего днища 3.
[0039] Кроме того, по сравнению с аналогом в предложенном техническом решении уменьшено количество шпангоутов 4, что позволило снизить массу и материалоёмкость предложенного технического решения и при этом сохранить прочность и надёжность.
[0040] Позиции на чертежах:
1 – котёл.
2 – цилиндрическая секция.
3 – днище.
4 – шпангоут.
5 – отбортовка днища 3.
6 – полка шпангоута 4.
7 – стенка шпангоута 4.