ЦИСТЕРНА ИЗ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, а именно к конструкции цистерн для перевозки коррозионно-активных грузов, в частности, концентрированной азотной кислоты, предназначенных для применения в составе вагонов-цистерн и контейнеров-цистерн.
Известна цистерна вагона-цистерны для перевозки крепкой азотной кислоты модели 15-1406 (ЖКЦ–39), содержащего цистерну и платформу, включающую в себя раму, две тележки, автосцепки, автотормоз, рычажную передачу, стояночный тормоз. Цистерна закреплена на раме и включает в себя цилиндрическую обечайку толщиной 25 мм и днища толщиной 28 мм, изготовленные из алюминиевого сплава марки АД0 (см. Справочное пособие «Специализированные цистерны для перевозки опасных грузов». Москва. Издательство стандартов 1993 г.; Альбом-справочник «Грузовые ЖД вагоны. Колея 1520 мм». Часть 6.3 – Вагоны-цистерны для химических веществ, https://www.agonta.com/dwlds/1520mm_tanks_4_chem.pdf, дата последнего обновления 15.01.2012).
Известна также цистерна вагона-цистерны модели 15-6901 для перевозки концентрированной азотной кислоты и других химических грузов с расчетной статической нагрузкой от колесной пары на рельсы 25,0 тс, выбранная в качестве наиболее близкого аналога. Цистерна закреплена на рамной конструкции, установленной на ходовые тележки, и содержит цилиндрическую обечайку толщиной 28 мм и днища толщиной 32 мм, изготовленные из алюминиевого сплава АД0 ГОСТ 4784-97 (см. сайт НПО «Объединённая Вагонная Компания», Руководство по эксплуатации «Вагон-цистерна для концентрированной азотной кислоты, модель 15-9601», https://www.uniwagon.com/, дата последнего обновления ноябрь 2019 г.).
0,2
в
Технической проблемой известных цистерн является относительно высокая масса их тары. Алюминиевый сплав марки АД0, содержащий в своём составе не менее 99,5 % алюминия и применяемый при изготовлении котлов для обеспечения высокой коррозионной стойкости, имеет гарантируемое значение условного предела текучести σ не менее 25-35 МПа, в зависимости от толщины плит и производителя, минимальное гарантируемое значение временного сопротивления σ составляет 64 МПа. Относительно невысокие показатели механических характеристик приводят к необходимости применения плит большой толщины для изготовления котлов, что увеличивает металлоёмкость котлов, уменьшает грузоподъемность известных вагонов-цистерн и снижает объём их котлов.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в снижении массы цистерны из алюминиевого сплава и в увеличении её грузоподъёмности при сохранении запаса прочности и обеспечении высокой коррозионной стойкости, достаточной для перевозки коррозионно-активных грузов.
0,2
Указанный технический результат достигается тем, что цистерну, содержащую обечайку и днища, изготовленные из алюминиевого сплава, предлагается изготавливать из алюминиевого сплава, обладающего гарантируемым значением условного предела текучести σ не менее 45 МПа с обечайкой толщиной стенки от 7 до менее 25 мм и днищами толщиной стенок от 7 до менее 28 мм.
0,2
в
В частных формах реализации полезной модели цистерна изготовлена из алюминиевого сплава, обладающего гарантируемым значением условного предела текучести σ не менее 45 МПа, с обечайкой толщиной стенки от 15 до менее 25 мм и днищами толщиной стенок от 15 до менее 28 мм; минимально гарантируемое значение временного сопротивления σ составляет 65 МПа.
0,2
в
В частных формах реализации полезной модели цистерна изготовлена из алюминиевого сплава, обладающего гарантируемым значением условного предела текучести σ не менее 60 МПа, с обечайкой толщиной стенки от 13 до 23 мм и днищами толщиной стенок от 13 до 27 мм; минимально гарантируемое значение временного сопротивления σ составляет 70 МПа.
0,2
в
В частных формах реализации полезной модели цистерна изготовлена из алюминиевого сплава, обладающего гарантируемым значением условного предела текучести σ не менее 70 МПа, с обечайкой толщиной стенки от 11 до 22 мм и днищами толщиной стенок от 11 до 26 мм; минимально гарантируемое значение временного сопротивления σ составляет 75 МПа.
0,2
в
В частных формах реализации полезной модели цистерна изготовлена из алюминиевого сплава, обладающего гарантируемым значением условного предела текучести σ не менее 95 МПа, с обечайкой толщиной стенки от 9 до 21 мм и днищами толщиной стенок от 9 до 25 мм; минимально гарантируемое значение временного сопротивления σ составляет 100 МПа.
0,2
в
В частных формах реализации полезной модели цистерна изготовлена из алюминиевого сплава, обладающего гарантируемым значением условного предела текучести σ не менее 110 МПа, с обечайкой толщиной стенки от 7 до 20 мм и днищами толщиной стенок от 7 до 23 мм; минимально гарантируемое значение временного сопротивления σ составляет 115 МПа.
Предлагаемая полезная модель поясняется изображениями, где: на фиг. 1 - общий вид вагона-цистерны для коррозионно-активных грузов; на фиг. 2 – общий вид контейнера-цистерны для коррозионно-активных грузов.
Цистерна 1 вагона-цистерны (фиг. 1) выполнена в виде горизонтально установленной ёмкости и включает в себя цилиндрическую обечайку 1.1 и соединённые с обечайкой 1 и два днища 1.2. Цистерна закреплена на рамной конструкции, выполненной в виде рамы 2, опирающейся на ходовые тележки 3 вагона-цистерны.
Цистерна 1 контейнера-цистерны (фиг. 2) выполнена в виде горизонтально установленной ёмкости и включает в себя цилиндрическую обечайку 1.1 и соединённые с обечайкой 1.1 и два днища 1.2. Цистерна закреплена внутри рамного каркаса 2, выполненного с грузозахватными элементами 3 (например, фитингами), с помощью соединительных элементов 4.
об
дн
0,2
в
0,2
об
дн
0,2
об
дн
в
0,2
об
дн
в
0,2
об
дн
в
0,2
об
дн
в
0,2
об
дн
в
Обечайка и днища цистерн в составе вагона-цистерны и контейнера-цистерны имеют толщину стенок S и S, соответственно, и изготовлены из алюминиевого сплава, обладающего механическими свойствами, в частности, минимальным гарантируемым значением условного предела текучести σ и минимальным гарантируемым значением временного сопротивления σ. При этом в общем случае реализации полезной модели изготовление цистерны из алюминиевого сплава со значением σ ≥ 45 МПа делает возможным изготавливать обечайку и днища с толщиной стенок S в интервалах от 7 до менее 25 мм и толщиной стенок S от 7 до менее 28 мм. Частными формами реализации могут быть цистерны с значениями параметров: σ ≥ 45 МПа, S = от 15 до менее 25 мм и S = от 15 до менее 28 мм, σ ≥ 65 МПа; σ ≥ 60 МПа, S = 13-23 мм и S = 13-27 мм, σ ≥ 70 МПа; σ ≥ 70 МПа, S = 11-22 мм и S = 11-26 мм, σ ≥ 75 МПа; σ ≥ 95 МПа, S = 9-21 мм и S = 9-25 мм, σ ≥ 100 МПа; σ ≥ 110 МПа, S = 7-20 мм и S = 7-23 мм, σ ≥ 115 МПа.
Для обеспечения достаточной для перевозки коррозионно-активных грузов коррозионной стойкости алюминиевый сплав для изготовления цистерны должен содержать не менее 93% алюминия.
0,2
в
0,2
в
Цистерна для коррозионно-активных грузов из алюминиевого сплава, обладающего указанными механическими характеристиками, может быть изготовлена, например, из сплава марки АМг3. Так, плиты толщиной 11-25 мм из алюминиевого сплава марки АМг3 обладают гарантируемыми значениями условного предела текучести σ не менее 70 МПа и временного сопротивления σ не менее 185 МПа; плиты толщиной 25-80 мм - гарантируемыми значениями условного предела текучести σ не менее 60 МПа и временного сопротивления σ не менее 165 МПа. В составе сплава марки АМг3 содержится не менее 93,75 % алюминия.
0,2
об
дн
0,2
в
Применение алюминиевого сплава, минимальное гарантируемое значение условного предела текучести σ которого превышает значение этого параметра алюминиевого сплава АД0, применяемого для изготовления цистерн известных вагонов-цистерн, позволяет уменьшить значение толщины S стенок обечайки и толщины S стенок днищ предлагаемой цистерны, на основании того, что между условным пределом текучести материала и толщиной стенок существует обратная зависимость. Тем самым, достигается снижение металлоёмкости цистерны и снижение массы цистерны. Также применение алюминиевого сплава с повышенными относительно алюминиевого сплава АД0 гарантируемыми значениями условного предела текучести σ и временного сопротивления σ за счёт сокращения толщины стенок цистерны способствует повышению грузоподъёмности цистерны и её внутреннего объёма.
0,2
0,2
В результате расчётов на уровень снижения массы и повышения грузовместимости установлено, что при изготовлении цистерны с соответствующей толщиной стенок обечайки и днищ из алюминиевого сплава с условным пределом текучести σ ≥ 45 МПа масса цистерны относительно цистерны вагона-цистерны модели 15-6901 может быть снижена, а грузоподъёмость может быть увеличена не менее, чем на 0,5 т; с условным пределом текучести σ ≥ 95 МПа масса цистерны относительно цистерны вагона-цистерны модели 15-6901 может быть снижена, а грузоподъёмость может быть увеличена не менее, чем на 2,5 т.