Транспортируемый блок газовой заправки
TRANSPORTABLE GAS FILLING UNIT

Изобретение относится к транспортируемым средствам, обеспечивающим снабжение газом потребителей, в частности компримированным природным газом, с заправкой без дожимного компрессора.
Из европейского патента ЕР №1715240 известны транспортируемые кассеты с газовыми баллонами, каждая из которых установлена на отдельный модуль, представляющий собой несущую наклонную раму с опорными стойками и средствами для фиксации кассеты в наклонном положении. При этом модули (несущие рамы) установлены в ряд для обеспечения перегрузки кассет, предварительно доставленных трейлером, По одной кассете на соответствующий модуль. Перегрузка кассет осуществляется за счет схода каждой кассеты в поперечном направлении с рамы трейлера в наклонном положении на наклонные направляющие, соединяющие раму трейлера с наклонной рамой отдельного модуля. В свою очередь наклонная несущая рама модуля является продолжением наклонных направляющих. Для удержания кассеты с газовыми баллонами в наклонном положении модуль снабжен средствами ее фиксации.
Известная конструкция характеризуется сложностью, обусловленной необходимостью выполнения наклонного положения рамы, наличием направляющих для схода кассет с трейлера на несущие рамы, также средств фиксации.
Известны транспортируемые блоки газозаправки из патентов РФ на полезные модели №53634, №79499 и изобретения №2381920, №2383453.
Каждое техническое решение из указанных патентов содержит передвижной блок газовой заправки - полуприцеп, транспортируемый с помощью грузового автомобиля. Такой газозаправочный блок выключает несущую раму с размещенными на ней кассетами с газовыми баллонами, при этом рама опирается на опорные стойки (в их рабочем положении), выполненные с возможностью приведения в транспортное положение. Кассеты представляют собой конструкции, образованные силовыми стойками и горизонтальными элементами, на которые уложены газовые баллоны.
При использовании известных передвижных транспортируемых блоков газовой заправки обнаруживаются некоторые недостатки.
В частности, продольные элементы опорной рамы от действия силы тяжести кассет с газовыми баллонами испытывают нагрузки, сопровождающиеся растяжением с изгибом. Данный вид деформации вызван креплением каждой кассеты с газовыми баллонами непосредственно к раме.
Подобные конструкции опорных стоек несущей рамы предусматривают ступенчатую регулировку по высоте. По этой причине недостижение точной регулировки для выравнивания положения несущей рамы приводит к действию крутильно-изгибающих нагрузок на указанную раму.
Кроме того, известное средство, являясь передвижным, кроме статических нагрузок в рабочем положении, испытывает динамические нагрузки в транспортом положении во время движения грузового автомобиля. Следовательно, для обеспечения несущей способности и предотвращения воздействия динамических и статических нагрузок на несущую раму, включая изгибающие нагрузки от кассет с газовыми баллонами, элементы рамы выполнены массивными.
Полуприцеп с кассетами газовых баллонов относится к сложным устройствам, обусловленным конструкцией самого полуприцепа, содержащего колесный модуль с подвеской, средство торможения, узел сцепки с тягачом.
В качестве наиболее близкого аналога к заявляемому изобретению выбрано техническое решение по патенту РФ №2383453.
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в расширении арсенала средств подобного назначения при снижении материалоемкости по пути упрощения устройства и за счет совершенствования силовой схемы распределения нагрузок (в условиях изгибающих нагрузок).
Задача достигается тем, что транспортируемый блок газовой заправки включает несущую раму с лонжеронами, поперечинами и опорными стойками в рабочем вертикальном положении, выполненными с возможностью приведения в транспортное положение, также установленные на несущей раме кассеты с газовыми баллонами, каждая из которых выполнена в виде коробчатого каркаса со стенками, расположенными вдоль края соответствующего лонжерона, причем кассеты соединены между собой, газовые баллоны установлены так, что корпус газового баллона опирается на поверхность отверстий, имеющихся в стенках кассет и расположенных максимально близко друг к другу; несущая рама предназначена для установки на раму ходовой части грузового автомобиля.
В предлагаемом блоке газовой заправки:
- поперечины представляют собой промежуточные поперечины, расположенные между двумя концевыми поперечинами, с которыми связаны четыре опорные стойки, причем концевые поперечины выполнены с выступающими частями, выходящими за пределы лонжеронов и имеющими корытообразный профиль, открытый в сторону края, на внешней стороне каждой выступающей части установлен корпус соответствующего червячного редуктора, обеспечивающего вертикальный поворот опорной стойки между рабочим вертикальным положением и транспортным вертикальным положением, при этом связь опорных стоек с поперечиной организована через соединительные элементы Г-образной формы, каждый из которых является продолжением соответствующей опорной стойки и заходит своим свободным концом в указанный открытый профиль соответствующей выступающей части, а выходной вал каждого червячного редуктора, проходящий через выступающую часть, соединен со свободным концом соответствующего соединительного элемента;
- опорные стойки выполнены с возможностью регулирования по высоте;
- расстояние между опорными стойками в рабочем вертикальном положении выбирается из условия обеспечения свободного заезда/выезда шасси грузового автомобиля под несущую раму и из-под указанной рамы;
- кассеты соединены между собой сверху болтовым соединением, скрепляющим верхний пояс каркаса.
Сущность изобретения поясняется следующим образом.
Установка кассет с газовыми баллонами на несущей раме с опорными стойками, выполненными с возможностью приведения в рабочее вертикальное положение и транспортное положение, предопределяет новое конструктивно-компоновочное решение транспортируемого блока газовой заправки, расширяющего линейку известных мобильных газозаправщиков.
Выполнение кассет в виде коробчатого каркаса с параллельными стенками, имеющими отверстия, расположенные максимально близко друг к другу, приводит к возможности размещения корпуса каждого газового баллона на поверхности двух противолежащих отверстий. Условие максимально близкого расположения отверстий на одной стенке вытекает из необходимости хранения и транспортировки газовых баллонов отделенными друг от друга проставками. Исходя из такой необходимости, находящиеся между отверстиями сплошные фрагменты поверхности стенок выполняют функцию проставок.
Ориентация соединенных между собой кассет с газовыми баллонами с расположением стенок кассет вдоль лонжеронов обусловливает образование сплотки, которую можно рассматривать как интегрированную кассету. В то же время каркас каждой кассеты представляет собой традиционную металлическую конструкцию со стойками, продольными и поперечными перекладинами (относительно элементов несущей рамы); с боковых сторон каркаса для жесткости имеются боковые связи.
Длина несущей рамы рассчитывается для размещения двух или нескольких кассет размером 2000×2000×2500 мм, соответствующим ее длине, ширине и высоте.
Интеграция кассет с газовыми баллонами в сплотку совершенствует силовую схему распределения нагрузок с уменьшением изгибающих нагрузок на раму. Подтверждением тому служит сравнение эпюр изгибающих моментов для несущей рамы, нагруженной отдельно стоящими тремя кассетами, как в устройстве-прототипе по патенту РФ №2383453, и для несущей рамы по предлагаемому изобретению, нагруженной интегрированными тремя кассетами. При сравнении эпюр справедливо допустить нулевую жесткость кассет, следовательно, одинаковую нагруженность балок схемы от веса газовых баллонов.
На фиг. 1 представлены схема расположения трех отдельно стоящих (разобщенных) кассет на балке АВ и эпюра изгибающих моментов. При этом Р - масса одной кассеты, 1 - длина одной кассеты, а - расстояние от края кассеты до опоры, b - зазоры между кассетами, которыми можно пренебречь. На эпюре изгибающих моментов:
На фиг. 2 представлена схема расположения блока трех интегрированных кассет (буквенные обозначения идентичны обозначениям на фиг. 1). На эпюре изгибающих моментов:
Сравнение формул (1) и (2) показывает, что при блоке интегрированных кассет наибольшие изгибающие нагрузки на несущую раму намного меньше (на величину Р1), чем при схеме размещения кассет разобщенными. В случае, когда опорные края интегрированного контейнера располагаются строго над опорами А и В (при а=0), данная балка не будет испытывать изгиба (М=0).
Далее рассматриваются прочностные свойства заявляемого устройства.
Максимальные напряжения изгиба в балке определяются формулой:
где σ - напряжение изгиба; М - изгибающий момент в соответствующем сечении балки; W - изгибной момент сопротивления сечения (профиля) балки.
Таким образом, прочность балки определяется моментом сопротивления ее профиля изгибу.
Для обоснования прочностных свойств конструкции в качестве ее модели используется трубчатый профиль прямоугольного сечения, сравниваемый с двутавровым сечением балки, используемой в указанном устройстве-прототипе.
Момент сопротивления профилей изгибу выражается формулой:
где В, b - наружные и внутренние размеры сравниваемых профилей по высоте; Н, h - наружные и внутренние размеры профилей по ширине.
Согласно формуле (4) момент сопротивления изгибу пропорционален значению высоты профиля, возведенного во вторую степень. Как было указано, высота кассеты равна 2500 мм, а высота двутавровой балки принимается равной 150 мм, следовательно, соотношение высоты профиля сравниваемых сечений дает значительное превышение несущей способности трубчатого профиля (сечения интегрированной кассеты) в сравнении с двутавровой балкой.
Трубчатый профиль в качестве модели интегрированных кассет относится к тонкостенным профилям, исходя из соотношения высоты (2500 мм) к толщине стенки (10 мм), обладающим жесткостью за счет наличия четырех ребер и прочностью.
На основании вышесказанного следует, что установленные на несущей раме соединенные между собой кассеты с газовыми баллонами создают единую силовую систему, обладающую прочностью и пространственной жесткостью, способной выдерживать статические и динамические нагрузки. Кроме того, заявляемое изобретение обладает простой и надежной конструкцией по сравнению с устройством-прототипом, исключающей необходимость в использовании полуприцепа, оснащенного соответствующими средствами, в частности колесным модулем, средством торможения, узлом сцепки.
Данные свойства напрямую связаны с уменьшением материалоемкости конструкции по пути снижения расхода металла и высвобождения дорогостоящих полуприцепов.
Раскрытие сущности изобретения дополняют некоторые конструктивные особенности.
Для выполнения функции заправки газом заявляемое устройство занимает так называемое рабочее положение на опорных стойках несущей рамы. При этом опорные стойки связаны с концевыми поперечинами несущей рамы, т.е. для устойчивого положения всей конструкции блока газовой заправки опорные стойки поддерживают ее по четырем углам.
Концевые поперечины выполнены с выступающими частями (выступами), имеющими открытый в сторону края корытообразный профиль для выполнения конструктивной связи опорных стоек с концевыми поперечинами при возможности приведения опорных стоек в рабочее/транспортное положение с помощью механического привода.
Механический привод выполнен в виде четырех червячных редукторов (по количеству опорных стоек), обеспечивающих поворот опорных стоек в вертикальной плоскости между рабочим вертикальным положением и транспортным вертикальным положением. Корпус соответствующего червячного редуктора может быть установлен с внешней стороны каждой выступающей части концевых поперечин.
Наличие соединительных элементов Г-образной формы, являющихся продолжением опорных стоек и заходящих в открытый профиль выступов концевых поперечин, обусловливают возможность рабочего положения опорных стоек, находящихся на оптимальном расстоянии (в поперечном направлении), выбранном из условия размещения между ними шасси грузового автомобиля. Данное условие корреспондируется с необходимостью транспортировки блока газовой заправки с возможностью заезда/выезда шасси грузового автомобиля под указанный блок и из-под него.
Соединение проходящего через выступающую часть поперечины выходного вала червячного редуктора с Г-образным элементом определяет поворот опорных стоек вокруг оси, совпадающей с осью выходного вала, и вместе с тем местоположение опорных стоек в транспортном вертикальном положении, находящихся перевернутыми (относительно рабочего положения) и расположенными вдоль кассеты.
Средства для приведения стоек в рабочее или транспортное положение не усложняют предлагаемое устройство благодаря возможности выполнения традиционного механического привода и оптимального количества связей.
Наличие промежуточных поперечин необходимо для жесткости конструкции несущей рамы.
Выполнение опорных стоек регулируемыми по высоте привносит свои преимущества, а именно: удобство и надежность в использовании полезной модели, проявляющиеся при необходимости размещения блока газовой заправки на неровной и/или разноуровневой поверхности площадки.
Более подробно транспортируемый блок газовой заправки иллюстрируется на чертежах. На фиг. 3 изображен общий вид устройства, на фиг. 4 - вид устройства сзади относительно грузового автомобиля.
Заявляемое устройство содержит три кассеты 1 с газовыми баллонами 2, установленные на несущую раму с лонжеронами 3, краевыми поперечинами 4, расположенными между ними промежуточными поперечинами 5 и опорными стойками 6.
Каждая кассета 1 выполнена в виде металлоконструкции, представляющей собой: коробчатый каркас с параллельными стенками 7, имеющими отверстия 8; стенки 7 прикреплены к стойкам и продольным перекладинам относительно направления лонжеронов 3; каркас содержит поперечные перекладины, боковые связи, которые могут быть выполнены наклонными (на чертежах не обозначены). Корпуса газовых баллонов 2 размещены в отверстиях 8 с опиранием на их поверхности. Максимально близкое расположение отверстий 8 объясняется необходимостью выполнения блока газовой заправки своей функции: обеспечивать максимальную вместимость транспортируемых газовых баллонов (при соблюдении условий техники безопасности при перевозке и хранении газовых баллонов). Подобная кассета для газовых баллонов известна из описания к патенту на полезную модель РФ №159348 с раскрытием возможности ее применения.
Кассеты 1 установлены на лонжероны 3 и прикреплены к ним по периметру болтовым соединением. Между собой кассеты 1 соединены сверху также с использованием болтового соединения, скрепляющего соседние (верхние) перекладины каркаса.
Лонжерон 3 в поперечном сечении состоит из двух швеллеров, обращенных полками в разные стороны и соединенных сверху и снизу пластинами (фиг. 4). Между лонжеронами 3 организованы направляющие 9, предназначенные для скольжения вдоль них роликов 10, которыми может быть оснащена рама 11 грузового автомобиля 12 для удобства заезда под блок газовой заправки на опорных стойках 6, так и выезда из-под него.
Для транспортировки блока газовой заправки рама грузового автомобиля оснащена средствами для крепления несущей рамы.
На фиг. 3, 4 опорные стойки 6 изображены соответственно в транспортном вертикальном положении и в рабочем вертикальном положении; с помощью ручного привода в виде червячного редуктора 13 стойки 6 совершают поворот в вертикальной плоскости между рабочим положением с опиранием на площадку и транспортным вертикальным положением.
Для связи опорных стоек 6 с концевыми поперечинами 4 последние выполнены с выступающими частями (выступами) 14, имеющими корытообразный профиль, открытый в сторону края поперечины 4, а каждая опорная стойка 6 снабжена соответствующим Г-образным соединительным элементом 15, который является ее продолжением, при этом свободный конец каждого соединительного элемента 15 установлен с заходом в «свой» выступ 14. Корпус червячного редуктора 13 смонтирован на внешней стороне выступающей части 14 концевых поперечин 4 с возможностью управления с помощью рукояти 16, при этом выходной вал (на чертеже не показан) привода 13 расположен поперек выступа 14 и проходит через заходящий конец соединительного элемента 15.
При нахождении опорных стоек 6 в транспортном положении соединительный элемент 15 опирается на дно корытообразного профиля выступающей части 14, при этом перевернутая опорная стойка 6 максимально приближена к кассете 1, обеспечивая тем самым компактность устройства при транспортировке с соблюдением транспортных габаритов (фиг. 3).
В рабочем и транспортном положениях опорные стойки зафиксированы.
Каждая концевая поперечина 4 в средней части, расположенной между лонжеронами 3, имеет коробчатое сечение, являющееся наиболее прочным.
Выполнение регулируемых по высоте опорных стоек 6 может быть аналогично, например, техническому решению, описанному в патенте SU №1532382 «Опорное устройство полуприцепа» или другим известным решениям.
В рассматриваемом примере используются телескопические опорные стойки 6, каждая - с опорной лапой 17; стойки 6 выбраны из каталога покупных изделий под номером 5205-2700035-03 в качестве конструкции с возможностью плавной регулировки по высоте, достигая выравнивания несущей рамы с целью исключения крутильно-изгибающих нагрузок.
Опорные стойки 6 представляют собой корпусные элементы; длина каждой стойки 6 регулируется ходовым винтом (на чертеже не показан), находящимся внутри стойки. Привод винтовой передачи выполнен, например, в виде конического редуктора, управляемого рукоятью (на чертежах не показан).
Транспортирующий блок газовой заправки оснащен запорно-регулирующей арматурой (на чертеже не показана) и блоком управления 18, предназначенным для учета отпущенного газа, контроля технологических параметров.
Блок управления 18 установлен на задней концевой поперечине 4 (относительно положения блока газовой заправки на грузовом автомобиле).
Устройство работает следующим образом.
В транспортном положении с убранными стойками блок газовой заправки доставляется на площадку потребителя грузовым автомобилем 12. Опорные стойки 6 из транспортного вертикального положения с помощью механического привода 13 устанавливаются в рабочее положение, опираясь на площадку. При необходимости опорные стойки 6 регулируются по высоте для достижения устойчивого горизонтального положения несущей рамы с кассетами 1. После установки блока газовой заправки на площадке грузовой автомобиль 12 выезжает из-под него.
Дальнейшая подготовка блока газовой заправки к эксплуатации осуществляется путем настройки запорно-регулирующей арматуры совместно с блоком управления 21.
Для вывоза с площадки потребителя блока с пустыми газовыми баллонами грузовой автомобиль в позиции, обеспечивающей скольжение роликов 10 рамы 11 автомобиля 12 по направляющим 9, заезжает под газозаправочный блок, после этого опорные стойки 6 поворачиваются в транспортное положение. Газозаправочный блок снова готов к транспортировке.
Транспортируемый блок газовой заправки расширяет линейку известных подобных средств и создает возможность его использования в качестве сменного блока в известной системе «swap body» (своп боди); данный блок и рассчитан на доставку к потребителю грузовым автомобилем Маз-6312В5 с рамной конструкцией, адаптированной к несущей раме самого блока, и может применяться для обслуживания потребителей компримированного газа в автохозяйствах, имеющих технику на газовом оборудовании, на мини-заправках в качестве блока питания топливом, для небольших котельных для временного питания.