ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНАЯ ЦИСТЕРНА

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, в частности, к безрамным железнодорожным цистернам.
Известна безрамная железнодорожная цистерна, в которой цистерна вместе с опорами, укороченными хребтовыми балками выполнена в виде единой сварной металлоконструкции (US, пат. №4257332, B61D 5/06; B61F 1/00; B61F 1/14, 24.03.1981). В ней для снижения напряжений в цистерне опорные накладки развиты в направлении середины котла. Недостатком этой конструкции является завышенная металлоемкость цистерны. Известна также безрамная железнодорожная цистерна, в которой нижняя часть цистерны усилена разнесенными по ее ширине стрингерами таврового сечения, приваренными к продольным накладкам, установленным между накладками опорных узлов цистерны (US, пат. №6357363, B61D 5/06, 19.03.2002).
Недостатком конструкции является высокая металлоемкость, а также трудоемкость изготовления, связанная с большим объемом сборочно-сварочных работ.
В известной железнодорожной цистерне, содержащей котел, подкрепленный шпангоутами и установленный посредством опорных узлов, включающих опорные листы на участках пересечения шкворневых и концевых хребтовых балок, стрингеры уголкового типа, скрепленные с противолежащими концевыми хребтовыми балками, а с котлом - через продольную листовую накладку, приваренную к котлу, при этом участок соединения стрингера
с концевой хребтовой балкой усилен элементами жесткости (RU, патент №27911, B61D 5/06, 11.06.2002 - принят за прототип).
К недостаткам конструкции такой цистерны можно отнести изначально сформированный концентратор напряжения в месте соединения хребтовой балки и стрингера из-за резкого перепада площадей их сечений. Наличие значительного вылета хребтовой балки в сторону сливного прибора включает котел в работу позже, в результате чего значительная часть энергии удара в автосцепку гасится в шкворневом узле, формируя в нем и в этой области котла завышенные локальные напряжения. Еще одним недостатком является использование в качестве продольного элемента жесткости (стрингера) - уголка, склонного терять устойчивость при эксплуатационных нагрузках в продольном направлении, высокая металлоемкость, повышенный центр тяжести, снижающий устойчивость.
Техническим результатом, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, является создание железнодорожной цистерны безрамной конструкции пониженной металлоемкости с более низким центром тяжести, высокой прочностью и надежностью.
Для достижения технического результата в железнодорожной цистерне, содержащей котел, включающий две крайние и одну среднюю обечайки со сливным патрубком, расположенным на центральной оси, и днища, подкрепленный шпангоутами, установленный посредством опорных узлов, включающих опорные листы, стрингеры, скрепленные с продольными листовыми накладками, приваренными к котлу, каждый стрингер выполнен, по меньшей мере, из трех частей - двух коротких и одной длинной, между стрингером и концевой хребтовой балкой установлена плоская вставка, нижний профиль которой обеспечивает плавный переход от концевой хребтовой балки к стрингеру. Нижняя часть соединения вставки со стрингерами и концевой хребтовой балкой закрыта пластиной, подкрепленной снизу ребрами жесткости, которые установлены в одной плоскости с соединяемыми частями, причем в месте соединения плоской вставки со стрингером установлено
ребро, которое нижней гранью соединено с упомянутой пластиной, а верхней гранью - с накладкой котла, при этом между котлом и концевой хребтовой балкой установлена прямоугольная рамка, верхняя кромка которой повторяет профиль котла.
В железнодорожной цистерне крайние шпангоуты установлены в шкворневых сечениях и соединены с опорными частями, а два замкнутых шпангоута установлены на средней обечайке котла.
Верхние и нижние листы шкворневой балки крепятся встык с верхней и нижними полками хребтовой балки. Возможен вариант, когда верхние листы шкворневой балки крепятся встык с верхней полкой хребтовой балки, а нижний лист - внахлестку с нижними полками хребтовой балки.
В варианте исполнения в коротких стрингерах в местах их соединения с плоскими вставками выполнены скосы под углом не более 35°, а в местах соединения со средней частью - под углом 45°.
Пластина, закрывающая снизу плоскую вставку, перекрывает участок соединения стрингера с плоской вставкой и соединена встык с горизонтальными полками стрингеров и под углом - с нижними полками концевых хребтовых балок.
К плоским вставкам в верхней части приварены горизонтальные полки, обращенные наружу.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид железнодорожной цистерны, на фиг.2 - вид А на фиг.1, на фиг.3 - выносной элемент Б на фиг.2, на фиг.4 - выносной элемент В на фиг.1, на фиг.5 - разрез Г-Г на фиг.3, на фиг.6 - разрез Д-Д на фиг.1, на фиг.7 - разрез Е-Е на фиг.2, на фиг.8 - разрез Ж-Ж на фиг.3, на фиг.9 - разрез Ж-Ж на фиг.3 (вариант 1), на фиг.10 - разрез Ж-Ж на фиг.3 (вариант 2), на фиг.11 - разрез И-И на фиг.3, на фиг.12 - разрез К-К на фиг.4, на фиг.13 - разрез Л-Л на фиг.4, на фиг.14 - разрез М-М на фиг.4.
Железнодорожная цистерна представляет собой цельнонесущую конструкцию и содержит котел 1, выполненный из крайних обечаек 2 и средней
обечайки 3. На центральной оси средней обечайки установлен сливной патрубок 4. На котле 1 вокруг сливного патрубка 4 установлена накладка 5, к которой приварен замкнутый кожух 6.
Крайние обечайки 2 наклонены к средней обечайке 3 под углом α=1°.
Котел 1 посредством опорных узлов 7 жестко соединен с полурамой 8 на участках пересечения шкворневых балок 9 и концевых хребтовых балок 10. Крайние обечайки 2 скреплены с опорными листами 11 опорных узлов 7. В нижней части котла закреплены продольные листовые накладки 12.
Крайние шпангоуты 13 охватывают крайние обечайки 2, установлены в шкворневых сечениях и взаимосвязаны с опорными узлами 7. Средние, замкнутые шпангоуты 14, охватывают центральную обечайку 3 и расположены симметрично относительно середины котла.
Между концевыми рамами установлены стрингеры 15, скрепленные с продольными листовыми накладками 12 по всей их длине. Стрингер выполнен из тавра и состоит, по меньшей мере, из трех частей - двух коротких 16 и одной длинной 17, причем короткий стрингер 16 имеет скосы на вертикальных ребрах - один скос выполнен под углом 35° и стыкуется с плоской вставкой 18, а другой скос выполнен под углом 45° и стыкуется с длинным стрингером 17. Длинные стрингеры 17 пересекаются с кожухом 6 и жестко скреплены с его внешней поверхностью.
Соединение концевой хребтовой балки 10 со стрингером осуществляется через плоскую вставку 18 стыковой сваркой. Со стороны хребтовой балки 10 в сторону стрингера плоская вставка 18 плавно меняет площадь поперечного сечения в сторону ее уменьшения. Скосы 19 нижних кромок плоской вставки 18 концевой хребтовой балки 10 жестко скреплены пластиной 20, повторяющей контур скоса 19, которая жестко скреплена с горизонтальными полками 21 стрингеров 16, перекрывая участок соединения встык вертикальной полки 22 стрингера 16 и плоской вставки 18. От потери устойчивости
плоские вставки 18 фиксируются горизонтальными ребрами 23, обращенными наружу.
На участке стыка стрингеров 15 с концевой хребтовой балкой 10, в месте перехода к пластине 20, снизу установлены ребра жесткости 24 таким образом, чтобы находиться в одной плоскости с плоскими вставками 18 и вертикальными полками стрингеров, при этом симметрично вертикальной полке 22 стрингера к каждому ребру жесткости 24 примыкает накладка 25, а сверху к пластине 20, с внешней стороны крепится ребро 26, которое нижней своей гранью соединено с пластиной 20 и горизонтальной полкой 21 стрингера 16, а верхней гранью соединено с продольной листовой накладкой 12 котла.
Особенностью конструкции полурамы является то, что концевая хребтовая балка 10 (далее - хребтовая балка) выполнена из швеллера 30В или из зетового профиля. Шкворневая 9 и передняя балки 27 выполнены из листовой стали. Шкворневая балка 9 образуется путем объединения двух ее половин с хребтовой балкой 7, при этом верхние 28 и нижние листы 29 шкворневой балки 9 привариваются встык соответственно с верхними 30 и нижними 31 горизонтальными полками хребтовой балки 10. Длина вылета хребтовой балки 10 от оси шкворневой балки 9 в сторону сливного патрубка 4 составляет .
В конструкции полурамы 8 возможен вариант исполнения хребтовой балки 10 из зетового профиля, при этом верхние листы 28 шкворневой балки 9 привариваются встык с верхними горизонтальными полками 30 хребтовой балки 10, а нижние листы 29 шкворневой балки 9 привариваются внахлест с нижними полками хребтовой балки. Возможен вариант, при котором верхние листы 28 и нижние листы 29 шкворневой балки 9 привариваются встык соответственно с верхними 30 и нижними 31 горизонтальными полками хребтовой балки 10.
Опорный узел 7, предназначенный для установки котла 1 через опорный лист 11, образован диафрагмами 32, скрепленными между собой с помощью вертикальных 33, 34 и наклонных ребер 35, усиливающей накладки 36 и ребра 37, а также прямоугольными рамками 38 и 39. Конструкцией прямоугольных рамок 38 и 39 предусмотрен уклон для установки на них крайних обечаек 2 котла 1. В нижней части в сторону продольной оси цистерны диафрагма 31 усиливается накладкой 39, а с внешней стороны - накладкой 40.
Предложенное техническое решение позволяет снизить металлоемкость цистерны за счет применения продольных элементов жесткости в виде стрингеров в сочетании с поперечными элементами жесткости в виде шпангоутов. Стрингеры 16, 17 и шпангоуты 13, 14 препятствуют деформированию оболочки котла 1 у торцевых хребтовых балок 10 при наличии продольных нагрузок и вертикальных их составляющих, конструктивных и эксплуатационных эксцентриситетов нейтральных концевых балок 10 и осей сцепления вагонов. Предложенное соединение стрингеров 16, 17 с концевыми хребтовыми балками 10, наличие продольных листовых накладок 12, ребер жесткости 24, 26, плоской вставки 18, пластины 20 и накладки 25 обеспечивает равномерную передачу этих нагрузок, сохраняя высокую прочность и надежность. Одновременно предложенная конструкция полурамы, в которой шкворневая балка 9 образуется из двух частей и объединяется с укороченной хребтовой балкой 10, вследствие чего шкворневые листы 28 крепятся встык к верхним горизонтальным полкам хребтовой балки 10, позволяет понизить центр тяжести железнодорожной цистерны, повысив ее устойчивость при движении.
В настоящее время ведется подготовка производства для изготовления опытного образца железнодорожной цистерны.