Узел крепления котла к раме вагона-цистерны

Область техники
Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта, в частности, к конструкциям вагонов-цистерн, более конкретно - к узлу крепления котла к раме вагона.
Уровень техники
Из уровня техники известны решения, в которых крепление котла к раме осуществляется через гнутые лапы котла и гнутые лапы рамы.
Таковым, например, является узел крепления согласно документу RU141568, выбранный в качестве прототипа и содержащий крепежные лапы котла и рамы, выполненные из листового материала, подвергаемого изгибу.
Недостатком такого решения является неравномерное распределение напряжений на раме вагона и их высокая концентрация в центральной части рамы.
Технической проблемой, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является устранение недостатков известного уровня техники.
Заявленный технический результат заключается в уменьшении уровня напряжений в узлах крепления котла к раме вагона-цистерны, установленных в центральной части рамы.
Сущность полезной модели.
Технический результат достигается посредством того, что узел крепления котла вагона цистерны к раме включает в себя гнутую угловую лапу котла и прямую плоскую лапу рамы, соединенные друг с другом с помощью болтового соединения.
Лапы котла и лапы рамы прикреплены соответственно к котлу и раме посредством сварки.
Лапы рамы и лапы котла содержат соответствующие отверстия под болты.
Лапы рамы и котла обладают следующими параметрами:
длина лапы рамы - L1, мм,
ширина лапы рамы - H1, мм,
толщина листа лапы рамы - s1, мм,
длина лапы котла - L2, мм,
ширина лапы котла - H2, мм,
толщина лапы котла - s2, мм,
радиус изгиба лапы котла – R, мм.
Узел выполнен таким, чтобы соблюдались следующие соотношения параметров:
0,01 < R / D < 0,03 , где D - внешний диаметр котла;
2,5 < 2L / L1 < 6, где 2L – база вагона-цистерны;
2,5 < 2L / L2 < 6, где 2L – база вагона-цистерны;
4 < D  / H1 < 10;
25< D / H2 < 30.
Краткое описание фигур
Фиг. 1 – общий вид вагона-цистерны, ходовые тележки условно не показаны.
Фиг. 2 – сечение А-А на фиг. 1.
Фиг. 3 – вид сверху лапы рамы.
Фиг. 4 – вид сверху лапы котла.
Фиг. 5 - вид сбоку лапы котла.
Описание полезной модели.
На фиг. 2 показано сечение А-А по фиг. 1, где видно, что конструкция узла крепления по заявленной полезной модели содержит угловую лапу 4 котла 1 и прямую, по существу плоскую лапу 3 рамы 2.
Такое конструкционное выполнение лап обеспечивает более равномерное распределение напряжений по раме вагона.
Снижение уровня напряжений достигается за счет уменьшения действующего момента продольной силы. Как известно, момент силы определяется как произведение силы на плечо. Таким образом, за счет уменьшения длины лапы котла и горизонтальной лапы рамы уменьшается плечо действия продольной силы.
Как правило, вагон содержит четыре таких узла, расположенных по два с обеих сторон и по существу в центральной части вагона.
Лапы 3 и 4 содержат перфорационные отверстия для пропуска через них болтов для крепления лап 3 и 4 друг с другом.
На фиг. 3, 4 и 5 заданы основные параметры лап. В частности, длина L1 лапы рамы, ширина H1 лапы рамы, толщина s1 листа лапы рамы, длина L2 лапы котла, ширина H2 лапы котла, толщина s2 лапы котла, радиус R изгиба лапы котла.
В настоящей полезной модели рассмотрены лапы с параметрами s1 и s2 от 8 до 16 мм.
Для обеспечения оптимальных характеристик вагона необходимо, чтобы параметры соответствовали следующим соотношениям:
0,01 < R / D < 0,03 , где D - внешний диаметр котла;
2,5 < L / L1 < 6, где 2L – база вагона-цистерны;
2,5 < L / L2 < 6, где 2L – база вагона-цистерны;
4 < D  / H1 < 10;
25< D / H2 < 30.
Далее следуют пояснения крайних значений соотношений.
R / D = 0,01. Известны цистерны с диаметром котла 2000 мм, для удовлетворения равенства радиус R должен составлять 20 мм, что с точки зрения гибки листа толщиной 16 мм технологически затруднительно.
R / D = 0,03. Известны цистерны с диаметром котла 3200 мм, для удовлетворения равенства радиус R должен составлять 96 мм, что обеспечит высокое расположение центра масс вагона и ухудшит его ходовые качества.
L / L1 = 2,5; L / L2 = 2,5 – длина лапы будет обладать излишней металлоемкостью, при обеспечении прочностных показателей на уровне L / L1 <2,5, L / L2 <2,5.
L / L1 = 6; L / L2 = 6 – длина лапы не будет обладать достаточной жесткостью для сопротивления продольным и вертикальным нагрузкам.
D / H1 = 4 – При диаметре цистерны 2000 мм, ширина лапы рамы H1 обеспечит излишнюю металлоемкость лапы котла.
D / H1 = 10 – При диаметре цистерны 2000 мм, ширина лапы рамы H1 не обеспечит возможность соединения с лапой котла.
D / H2 = 25 – При диаметре цистерны 2000 мм, ширина лапы котла H2 не обеспечит возможность расположения отверстий под болты.
D / H2 = 30 – При диаметре цистерны 3360 мм, ширина лапы котла H2 не обеспечит возможность расположения отверстий под болты.
Кроме того, одним из вариантов осуществления является цельная и единая рама рамы, то есть лапа рамы является цельной пластиной/плитой для обеих лап котла. При этом крепление ее к верхней полке хребтовой балки осуществляется через продольные пазы или пазы иной формы.
При этом соотношение диаметра цистерны к ширине лапы должно удовлетворять следующему условию 2 < D  / H1 < 5.
Таким образом, для предложенной конструкции необходимо, чтобы выполнялись условия вышеприведенных соотношений, для обеспечения оптимальных эксплуатационных характеристик.