ВАГОН-ЦИСТЕРНА

Полезная модель относится к железнодорожному подвижному составу и касается вагонов-цистерн для перевозки опасных грузов и устройств их защиты.
Предохранительные дуги котла вагона-цистерны предназначены для защиты сливоналивной арматуры, закрывающего ее колпака, также люка-лаза котла вагона-цистерны в аварийных ситуациях, в частности, когда вагон-цистерна сходит с железнодорожных путей и переворачивается.
Наиболее близким техническим решением является железнодорожная цистерна (RU 2149110 С1, МПК В61D 5/00, опубл. 20.05.2000, прототип), включающая укрепленный на раме котел, состоящий из обечайки и днищ, предохранительные щиты, каждый из которых жестко закреплен на раме напротив днища котла с зазором между днищем и щитом, ходовую часть, колпак для сливоналивной аппаратуры и две предохранительные дуги. Каждая предохранительная дуга снабжена жестко соединенными с ней продольным, вертикальным и наклонными раскосами, установлена сверху на котле перед колпаком со стороны днища и ее высота превышает высоту колпака. Предохранительные дуги установлены и закреплены к обечайке под углом 89°-79° к продольной оси котла в горизонтальной плоскости. Концевые участки каждой предохранительной дуги и продольного раскоса соединены шарнирно с кронштейнами, жестко закрепленными к усиливающим пластинам. Концевые участки вертикального и наклонных раскосов с одной стороны жестко закреплены к усиливающим пластинам обечайки котла через установочные ребра.
Технической проблемой, присущей данному техническому решению, является высокая металлоемкость конструкции.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является снижение металлоемкости конструкции при сохранении прочности конструкции предохранительных дуг.
Указанный технический результат достигается тем, что в вагоне-цистерне, включающем установленную на ходовую часть рамную конструкцию, выполненную в виде рамы или полурамы, на которой закреплен котел, содержащий обечайку, днища и закрепленные на обечайке предохранительные дуги, каждая из которых оборудована продольными и наклонными раскосами, согласно настоящей полезной модели наклонные раскосы выполнены с толщиной стенок, составляющей от 60% до 99% толщины стенок предохранительных дуг, при этом предохранительные дуги закреплены под углом 85°-89° относительно продольной оси котла вагона-цистерны, продольные раскосы закреплены под углом 28°-32° относительно продольной оси котла вагона-цистерны. Предохранительная дуга может быть расположена под углом 90°-75° к продольной оси котла вагона-цистерны в горизонтальной продольной плоскости. Угол между наклонными раскосами может составлять от 90° до 135°. Наклонные раскосы предохранительной дуги могут быть выполнены под углом 85°-89° относительно продольной оси котла вагона-цистерны в вертикальной продольной плоскости.
Заявляемый вагон-цистерна отличается от прототипа тем, что наклонные раскосы выполнены с толщиной стенок, составляющей от 60% до 99% толщины стенок предохранительных дуг, при этом предохранительные дуги закреплены под углом 85°-89° относительно продольной оси котла вагона-цистерны, продольные раскосы закреплены под углом 28°-32° относительно продольной оси котла вагона-цистерны, в том числе предохранительная дуга может быть расположена под углом 90°-75° к продольной плоскости котла вагона-цистерны в горизонтальной продольной плоскости; угол между наклонными раскосами может составлять от 90° до 135°; наклонные раскосы предохранительной дуги могут быть выполнены под углом 85°-89° относительно продольной оси котла вагона-цистерны в вертикальной продольной плоскости.
Такое отличие от прототипа дает основание утверждать о соответствии предлагаемого технического решения критерию патентоспособности полезной модели - «новизна».
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами: фиг. 1 - общий вид вагона-цистерны, фиг. 2 - вид А фиг. 1, фиг. 3 - разрез Б-Б фиг. 1.
Предохранительная дуга 6, представленная на фиг. 2, своими концевыми участками 6.1 соединена шарнирно с кронштейнами 6.2, жестко закрепленными на усиливающих пластинах 6.3, которые жестко закреплены на обечайке 4 котла 1 вагона-цистерны. Кронштейны 6.2 и усиливающие пластины 6.3 расположены на продольной оси 6.4 предохранительной дуги 6, которая может быть расположена под углом 75°-90° к продольной оси 1.1 котла 1 в горизонтальной продольной плоскости, в представленном варианте угол равен 90°. Продольный раскос 7 с одной стороны жестко соединен с предохранительной дугой 6, а с другой стороны соединен шарнирно с кронштейном 7.1, жестко закрепленным на усиливающей пластине 7.2, которая жестко закреплена на обечайке 4 котла 1 вагона-цистерны.
На фиг. 3 показано, что наклонные раскосы 8 с одной стороны жестко соединены с предохранительной дугой 6, а с другой стороны жестко закреплены на усиливающей пластине 8.1, жестко закрепленной на обечайке 4 котла 1 вагона-цистерны и расположенной на продольной оси 6.4 предохранительной дуги 6. Наклонные раскосы 8 также, как и предохранительные дуги 6, выполнены под углом 85°-89° относительно продольной оси 1.1 котла 1 в вертикальной продольной плоскости.
Наклонные раскосы 8 выполнены со стенками толщиной, равной или меньшей, чем толщина предохранительных дуг 6 до 40%.
Наклонные и продольные раскосы предназначены для дополнительной опоры предохранительных дуг на обечайку котла вагона-цистерны и повышения прочности конструкции защиты. Концевые участки предохранительных дуг соединены с обечайкой котла посредством кронштейнов, жестко закрепленных на усиливающих пластинах, которые закреплены на обечайке котла вагона-цистерны. Продольные и наклонные раскосы одним своим концом жестко соединены с предохранительными дугами, а вторым концом закреплены на обечайке котла вагона-цистерны, в том числе посредством усиливающих пластин, жестко соединенных с обечайкой. Также продольные раскосы вторым своим концом могут быть соединены посредством кронштейна, жестко закрепленного на усиливающей пластине, которая закреплена на обечайке котла.
Технический результат заявляемой полезной модели, являющийся в снижении металлоемкости конструкции при сохранении прочности предохранительных дуг, достигается следующим образом.
Уменьшение толщин менее нагруженных элементов предохранительных дуг котла вагона-цистерны, таких как наклонные раскосы, позволяет снизить металлоемкость конструкции. Результаты проведенных расчетов на прочность показали, что уменьшение толщины наклонных раскосов до 40% обеспечивает снижение металлоемкости конструкции предохранительных дуг в целом на 15-20%, однако дальнейшее уменьшение толщины наклонных раскосов более чем на 40% приведет к разрушению конструкции предохранительных дуг при внешних воздействиях, так как при более тонких раскосах происходит сильное перераспределение напряжений по поверхности раскосов и самих предохранительных дуг. В соответствии с результатами проведенных расчетов на прочность для сохранения требуемой прочности конструкции предохранительных дуг и улучшения прочностных характеристик конструкции при восприятии возможных видов нагрузок при снижении металлоемкости расположение предохранительной дуги должно быть под углом 85°-89° к продольной оси котла вагона-цистерны в вертикальной продольной плоскости и угол наклона продольного раскоса должен быть в диапазоне 28°-32° к продольной оси котла вагона-цистерны в вертикальной продольной плоскости, так как вне указанного диапазона происходит разрушение предохранительной дуги в средней части из-за перераспределения действующих внешних нагрузок по поверхности раскосов и предохранительных дуг.
Расположение предохранительной дуги под углом 90°-75° к продольной плоскости котла вагона-цистерны в горизонтальной продольной плоскости позволяет предотвратить повреждение котла от прямых ударов в аварийной ситуации при перевороте вагона-цистерны и обеспечить распределение нагрузок на составляющие по касательной и по нормали к предохранительным дугам, а также снизить вероятность многократного переворота вагона-цистерны.
В зависимости от уменьшения толщины стенок наклонных раскосов угол между ними также меняется для сохранения прочности конструкции предохранительных дуг, так как предохранительная дуга опирается на наклонные раскосы в местах, где передача действующих внешних нагрузок и дальнейшее их распределение наиболее существенно.
Так как наклонные раскосы являются дополнительной опорой предохранительных дуг на обечайку котла вагона-цистерны, то угол наклона предохранительной дуги 85°-89° соответствует углу наклона указанных раскосов к продольной оси котла вагона цистерны в вертикальной плоскости.
Предохранительные дуги выполнены симметрично относительно сливоналивной арматуры, колпака и/или люка-лаза и являются элементом защиты котла вагона-цистерны. В случае аварийной ситуации, например при перевороте вагона-цистерны или ударном воздействии на верхнюю часть котла, предохранительные дуги за счет упругого восприятия и поглощения продольных и поперечных нагрузок предотвращают повреждение котла вагона-цистерны, сливоналивной арматуры, люка-лаза и колпака для сливо-наливной арматуры, в том числе предотвращает разгерметизацию вагонов-цистерн и разлив опасных грузов в окружающую среду.
При перевороте вагона-цистерны в случае аварийной ситуации котел 1 опирается на предохранительные дуги 6, что исключает опирание котла 1 на колпак сливоналивной арматуры и/или люк-лаз, и/или другие элементы котла. Продольные раскосы 7 предохранительных дуг 6 за счет упругого восприятия поглощают продольные нагрузки, а наклонные раскосы 8 и предохранительные дуги 6 поглощают поперечные нагрузки, действующие на котел 1, также за счет упругого восприятия нагрузок. Соединения 6.1 предохранительных дуг 6 и соединение 7.1 продольных раскосов 7 позволяют также повысить прочность и погасить ударные нагрузки.
Таким образом, заявляемая полезная модель всей своей совокупностью существенных признаков позволяет снизить металлоемкость конструкции предохранительных дуг при сохранении прочностных характеристик конструкции.