ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНАЯ ЦИСТЕРНА ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ ЖИДКИХ ГРУЗОВ

Полезная модель относится к железнодорожной техники, а более конкретно к цистернам горизонтального расположения, и может быть использована для перевозки нефтепродуктов, в том числе вязких.
Известна железнодорожная цистерна для транспортировки жидких грузов, включающая установленный на ходовой части посредством рамы котел в виде горизонтальной емкости, состоящей из эллиптических днищ и цилиндрической обечайки, выполненной из трех царг, концевые из которых соединены с днищами и размещены на опорах рамы, а средняя царга посредством фасонных лап жестко закреплена на раме и имеет люк и сливное устройство, а каждая царга цилиндрической обечайки выполнена из соединенных между собой верхних и нижних броневых листов так, что отношение толщины верхних листов к нижним броневым составляет 1:1,2. [Патент РФ 2074828 МКИ 6 B61D 5/00. Железнодорожная цистерна для транспортировки жидких грузов. Авторы: Бурмистров Н.В., Беляев Г.К., Кармишина В.Д., Клименко С.В. Опубл. 10.03.1997].
К недостаткам известного технического решения относятся низкая грузоподъемность и низкие эксплуатационные характеристики.
Наиболее близким техническим решением является железнодорожная цистерна для транспортировки жидких грузов, содержащая котел с двумя эллиптическими днищами, люк, предохранительно-впускной клапан, сливное устройство, тормозное оборудование и ходовую часть, и снабженная дополнительной емкостью, жестко закрепленной к котлу в нижней его части, и двумя полурамами, соединенными с котлом посредством шкворневых и хребтовых ложементов и установленными на двухосные тележки ходовой части цистерны. При этом сливное устройство цистерны установлено в
дополнительной емкости, а каждая тележка ходовой части цистерны выполнена с автономным тормозным оборудованием. При этом дополнительная емкость выполнена из полуобечайки с коническими переходами по торцам и установлена со смещением относительно горизонтальной оси котла. На внутренней и внешней поверхности котла установлены шпангоуты, а к днищам котла жестко закреплены защитные экраны. [Патент РФ 2197400 МКИ 7 B61D 5/00, B65D 88/12. Железнодорожная цистерна для транспортировки жидких грузов. Автор Бурмистров Н.В. Опубл. 27.01.2003].
Данная железнодорожная цистерна выбрана авторами в качестве прототипа.
Недостатком известного технического решения является то, что, цистерна снабжена дополнительной емкостью, которая сообщается с котлом цистерны через небольшое овальное отверстие в нижней части котла, что приводит к усложнению технологии и увеличению трудоемкости процесса промывки и пропарки дополнительной емкости, особенно при использовании такой цистерны для перевозки вязких нефтепродуктов.
Техническим результатом является увеличение грузоподъемности железнодорожной цистерны для транспортировки жидких грузов, в том числе вязких нефтепродуктов, путем увеличения средней царги обечайки котла по вертикальной оси, перпендикулярной горизонтальной плоскости рамы.
Технический результат достигается тем, что предлагаемая железнодорожная цистерна для транспортировки жидких грузов, включающая установленные на двух тележках ходовой части, каждая из которых содержит две или три или четыре оси, тормозное оборудование и посредством двух полурам со шкворневыми и хребтовыми ложементами котел, представляющий собой горизонтальную емкость, состоящую из
части ср.царги
доп.ос.
ос.
части ср.царги
обечайки с верхней, средней и нижней частями по вертикали, выполненной из средней царги и двух концевых царг, соединенных с эллипсообразными днищами, люк, предохранительно-впускной клапан и сливное устройство, выполнена с увеличенным размером нижней части средней царги обечайки котла по вертикальной оси, перпендикулярной горизонтальной плоскости рамы, на 0,05-0,30, например, от размера всех частей средней царги обечайки котла цистерны одновременно, при этом увеличение размера нижней части средней царги обечайки котла определено соотношением , где  ΔН - величина увеличения размера нижней части средней царги обечайки котла по вертикальной оси, Р- допустимая осевая нагрузка предлагаемой цистерны, Р - осевая нагрузка цистерны, Н - размер частей средней царги обечайки котла по вертикальной оси, причем увеличенная часть средней царги обечайки котла выполнена с плоским или криволинейным переходом к смежным частям, а концевые царги установлены с наклоном оси под углом до 6° в сторону сливного устройства котла или без наклона оси с коническими переходами в нижней части от днищ котла к средней царге с уклоном в сторону сливного устройства котла, при этом концевые царги соединены со средней царгой эллипсообразными переходниками или переходниками в форме усеченного конуса.
Отличием настоящего технического решения от прототипа является то, что для устранения дополнительной емкости, выполненной из полуобечаики с коническими переходами по торцам и сообщающейся с котлом через небольшое овальное отверстие в его нижней части, для увеличения грузоподъемности цистерны нижняя часть средней царги обечайки котла увеличены по вертикальной оси, перпендикулярной горизонтальной плоскости рамы, на 0,05-0,30, например, от размера всех
части ср.царги
доп.ос. -
ос.
части ср.царги
частей средней царги обечайки котла цистерны одновременно, при этом увеличение размера нижней части средней царги обечайки котла определено соотношением , где  ΔН - величина увеличения размера нижней части средней царги обечайки котла по вертикальной оси, Рдопустимая осевая нагрузка предлагаемой цистерны. Р- осевая нагрузка цистерны, Н - размер частей средней царги обечайки котла по вертикальной оси, причем увеличенная часть средней царги обечайки котла выполнена с плоским или криволинейным переходом к смежным частям, а концевые царги установлены с наклоном оси под углом до 6° в сторону, сливного устройства котла или без наклона оси с коническими переходами в нижней части от днищ котла к средней царге с уклоном в сторону сливного устройства котла, при этом концевые царги соединены со средней царгой эллипсообразными переходниками или переходниками в форме усеченного конуса.
части ср.царги
части ср.ц.исх
доп.ос.
ос.
Таким образом коэффициент увеличения размера нижней части средней царги обечайки котла по вертикали , характеризующий величину ΔН, - на которую увеличен размер средней царги обечайки котла по вертикали, обусловлен допустимой осевой нагрузкой цистерны, имеет значение в диапазоне от 1,05 до 1,30 и может быть рассчитан по формуле , где Н - размер части средней царги обечайки котла известных цистерн по вертикали; Р - допустимая осевая нагрузка предлагаемой цистерны; Р - осевая нагрузка известных цистерн. То есть размер нижней части средней царги обечайки котла предлагаемой цистерны по
вертикальной оси больше размера нижних частей у известных цистерн на 5-30% от вертикального размера средней царги этих цистерн.
Грузоподъемность и коэффициент увеличения грузоподъемности предлагаемой цистерны могут быть рассчитаны по формулам
и ,
гр.
тары
осей
гр.исх.
где М - грузоподъемность предлагаемой цистерны; М - масса тары предлагаемой цистерны; N - количество осей предлагаемой цистерны; М - грузоподъемность известных цистерн.
доп.oc.
В качестве примера рассмотрим, насколько увеличится размер средней царги обечайки котла предлагаемой цистерны по вертикали при допустимой осевой нагрузке P=25...30 тc. Для этого рассчитаем коэффициент увеличения размера нижней части средней царги обечайки котла по вертикали по предлагаемой формуле. Он составит .  То есть размер нижней части средней царги обечайки котла предлагаемой цистерны по вертикальной оси увеличиться на 7÷29%.
При этом коэффициент увеличения грузоподъемности для четырехосной цистерны составит
,
тары
где приближенно примем значения М=27÷28 т. То есть грузоподъемность предлагаемой цистерны, например, с четырьмя осями, возрастет на 11÷39%.
3
Рассмотрим насколько увеличиться объем и грузоподъемность четырехосной цистерны с осевой нагрузкой на ось 25 те имеющей диаметр обечайки котла 3200 мм, длину котла 11240 мм, полезный объем котла 84,18 м и грузоподъемность не более 72 т при увеличении размера нижней
части средней царги обечайка котла по вертикальной оси, перпендикулярной горизонтальной плоскости рамы, на 0,05-0,3 от вертикального размера средней царги обечайки котла цистерны.
3
3
3
3
3
При увеличении размера нижней части средней царги обечайка котла по вертикальной оси, перпендикулярной горизонтальной плоскости рамы, на 0,05 от вертикального размера средней царги обечайки котла цистерны, размер нижней части средней царги обечайки котла увеличится на 160 мм при ее длине 4400 мм, объем котла увеличится на 2,25 м, грузоподъемность увеличится на 1,94 т; при увеличении на 0,10 - размер нижней части средней царги обечайки котла увеличится на 320 мм, объем котла увеличится на 4,42 м, грузоподъемность увеличится на 3,80 т; при увеличении на 0,15 - размер нижней части средней царги обечайки котла увеличится на 480 мм, объем котла увеличиться на 6,59 м, грузоподъемность увеличится на 5,67 т; при увеличении на 0,20 - размер нижней части средней царги обечайки котла увеличится на 640 мм, объем котла увеличится на 8,76 м, грузоподъемность увеличится на 7,53 т; при увеличении на 0,30 - размер нижней части средней царги обечайки котла увеличится на 960 мм, объем котла увеличится на 12,69 м, грузоподъемность увеличится на 10,9 т.
Сущность полезной модели, в качестве примера, поясняется чертежами, где:
на фиг.1 - общий вид предлагаемой железнодорожной цистерны для транспортировки жидких грузов, где а) вид спереди, б) вид с торца;
на фиг.2 - общий вид котла цистерны с эллипсообразными переходниками (а) и переходниками в форме усеченного конуса (б);
ср.царги
cp.царги
на фиг.3 - разрез обечайки котла предлагаемой цистерны по вертикальной оси с криволинейным переходом от нижней части обечайки к верхней, где Н - высоты средней царги обечайки котла; ΔH - величина увеличения размера нижней части средней царги обечайки котла
по вертикальной оси, перпендикулярной горизонтальной плоскости рамы цистерны;
на фиг.4 - раскрой обечайки котла цистерны с переходниками в форме усеченного конуса.
cp.царги
Железнодорожная цистерна (фиг.1) для транспортировки жидких грузов состоит из тележек 1 ходовой части, двух полурам 2 со шкворневыми 3 и хребтовыми 4 ложементами и котла 5 в виде горизонтально расположенной емкости, состоящей из двух эллипсообразных днищ 6 и цилиндрической обечайки 7 с верхней частью 8, средней частью 9 и нижней частью 10, выполненной из двух концевых царг 11 эллипсообразного сечения, установленных с наклоном оси под углом 6° в сторону сливного устройства котла, средней царги 12, которая выполнена с увеличенным размером по вертикальной оси на величину ΔH и двух переходников 13 в форме усеченного конуса, люка-лаза 14 с крышкой, предохранительно-впускного клапана 15, сливного устройства 16, двух лестниц 17 с поручнями в верхней части, площадок 18 с ограждениями и тормозного оборудования 19.
cp.царги
cp.царги
Котел представляет собой сварную конструкцию, состоящую из двух днищ эллипсообразной формы 6 и обечайки, с верхней частью 8, средней частью 9 и нижней частью 10, выполненной из средней царги 12 и двух концевых царг 11, соединенных с эллипсообразными днищами 6, при этом размер средней царги 12 обечайки предлагаемой цистерны по вертикальной оси H увеличен на величину ΔH путем увеличения размера нижней части средней царги обечайки котла по вертикальной оси, который обусловлен допустимой осевой нагрузкой и находится в пределах диапазона от 0,05 до 0,30 от размера обечайки котла известных цистерн по вертикали, при этом увеличенная средняя царга 12 обечайки выполнена с криволинейным (фиг.3) переходом от нижней части 10 обечайки к верхней части 8, а концевые царги 11 установлены с
наклоном оси под углом 6° в сторону сливного устройства котла 16, при этом концевые царги 11 соединены со средней царгой 12 эллипсообразными переходниками (фиг.2, а) или переходниками в форме усеченного конуса 13 (фиг.2, б).
Раскрой обечайки котла цистерны (фиг.4) представляет собой обечайки средней царги 12 и двух концевых царг 11, и две конусные обечайки 13 переходников в форме конуса.
Увеличение размера нижней части средней царги обечайки котла цистерны по вертикальной оси, перпендикулярной горизонтальной плоскости рамы, на 0,05-0,30, например, от размера всех частей обечайки одновременно, позволяет значительно повысить объем котла и грузоподъемность цистерны, улучшить эксплуатационные и коммерческие показатели по сравнению с известными цистернами, сохраняя при этом основные габаритные размеры подвижного состава, предусмотренные техническими требованиями к цистернам нового поколения.
Предлагаемое техническое решение позволяет увеличить грузоподъемность на 11÷39% путем увеличения размера нижней части средней царги обечайки котла цистерны по вертикали на 7÷29%, снизить трудозатраты при эксплуатации цистерны, расширить номенклатуру перевозимых жидких грузов и обеспечить улучшение коммерческих качеств железнодорожной цистерны.
Увеличение нижней части средней царги обечайки котла по вертикали и использование переходников в форме усеченного конуса для соединения с концевыми царгами даст возможность снизить центр тяжести цистерны и повысить безопасность ее эксплуатации.
Благодаря увеличению объема перевозимых грузов и снижению центра тяжести повышается коэффициент устойчивости цистерны.