ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНАЯ ЦИСТЕРНА Российский патент 1995 года по МПК B61D5/00 

Изобретение относится к подвижному составу железнодорожного транспорта, а именно к цистернам для перевозки опасных грузов.

Известны железнодорожные цистерны для перевозки опасных грузов (хлор, аммиак и др.), состоящие из котла, укрепленного на платформе, ходовых частей и автосцепного и тормозного оборудования [1]
Однако эти цистерны не имеют защитных устройств, предотвращающих повреждения торцовой части котла при воздействии на нее больших продольных нагрузок, которые встречают в эксплуатации при нарушении правил ведения маневровых работ и в аварийных ситуациях.

Известна железнодорожная цистерна, включающая платформу с ходовой частью и закрепленный на ней котел с днищами, к которым приварены защитные элементы, повторяющие по конфигурации форму днища [2]
Защитные элементы имеют низкую энергетическую емкость, поскольку они вплотную прилегают к днищу. Такое исполнение не позволяет поглотить при ударах большую энергию. Из-за плотного прилегания защитных элементов к днищу энергия при ударах будет расходоваться на деформацию не только защитных элементов, но и самого котла. Следовательно, при сильных ударах будут повреждаться и защитные элементы, и сам котел. Даже при минимальной деформации защитных элементов будет происходить деформация и котла цистерны. Кроме того, защитные элементы известной цистерны при повреждении их не подлежaт замене.

Наиболее близкой по технической сути к предлагаемой является железнодорожная цистерна, состоящая из котла с рамой, ходовой части и вертикальных предохранительных щитов, жестко закрепленных на раме напротив днищ котла с зазором между котлом, причем со стороны днища щиты снабжены жестко прикрепленными к ним горизонтальными ребрами [3]
Небольшая опорная площадь предохранительных щитов известной цистерны вызывает необходимость усложнения ее цистерны, введения дополнительных элементов, связывающих верхнюю часть щитов с рамой. Жесткое крепление верхней части щитов к раме приводит к невозможности упругого восприятия хотя бы части нагрузки, которая может воздействовать на щиты. В результате при действии на щит усилий от смещающихся грузов соседних вагонов или самих вагонов (например, при крушениях и других аварийных ситуациях) нагрузка будет передаваться на элементы крепления котла или сам котел. Это повышает вероятность его повреждения.

Таким образом, известные конструкции предохранительных устройств не обеспечивают эффективной защиты котла цистерны в аварийных ситуациях.

Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности и создание такой конструкции цистерны, которая обеспечивала бы безопасность котла при аварийных столкновениях вагонов и концентрированных ударах автосцепкой или смещающимися грузами с других вагонов, а также предотвращение разгерметизации цистерн и загрязнения окружающей среды опасными грузами, перевозимыми в цистернах.

Для этого в предлагаемой железнодорожной цистерне, включающей котел, укрепленный на раме и состоящий из обечайки и днищ, ходовую часть и вертикальные предохранительные щиты, жестко закрепленные на раме напротив днищ котла с зазором между днищем и щитом и снабженные горизонтальными ребрами, жестко прикрепленными к щитам со стороны днища, согласно предлагаемому изобретению каждый щит дополнительно содержит горизонтальный лист, жестко прикрепленный к раме, жестко прикрепленные к горизонтальному и вертикальному листам со стороны котла боковые вертикальные ребра и не менее чем одно центральное вертикальное ребро переменного сечения, причем сечение ребра увеличивается сверху вниз, кроме того, по меньшей мере одно горизонтальное ребро выполнено переменного сечения, причем сечение ребра увеличивается от краев к центру. Кроме того, вертикальная часть щита выполнена с наклоном.

Таким образом, предлагаемое изобретение соответствует критерию "Новизна".

В результате поиска и анализа в патентной и научно-технической литературе не обнаружено технического решения, содержащего признаки, сходные с отличительными признаками предлагаемого изобретения.

Следовательно, предлагаемое изобретение соответствует критерию "Существенные отличия".

Технический результат, получаемый от использования предлагаемого изобретения, заключается в предотвращении повреждения котла от продольных ударов в аварийных ситуациях, в обеспечении при этом упругого восприятия нагрузок небольшой величины или части нагрузки. Кроме того, конструкция и расположение щита обеспечивают увод усилия, направленного на днище котла, в нижнюю часть, где котел имеет максимальную жесткость и прочность в продольном направлении.

На фиг. 1 показана цистерна, общий вид; на фиг.2 то же, вид с торца; на фиг.3 предохранительный щит, вид со стороны днища.

Цистерна состоит из котла 1, жестко закрепленного на раме 2, и ходовой части 3 (фиг.1). Напротив днищ 4 котла к раме 2 жестко прикреплены предохранительные щиты 5 с зазором z. Предохранительный щит 5 (фиг.1) состоит из вертикального листа 6 и горизонтального листа 7 (фиг.3). К внутренней стороне вертикального листа 6 (со стороны днища 4 котла 1) приварены горизонтальные ребра 8 и 9, нижнее из которых (ребро 8) имеет переменное сечение. Ребро 8 может быть выполнено, например, в виде трапеции.

К вертикальному листу 6 приварены боковые вертикальные ребра 10 и центральные ребра 11. Центральные ребра 11 выполнены переменного сечения и имеют большее сечение в нижней части. Горизонтальный лист 7 приварен к хребтовой балке 12 и лобовому брусу 13.

Зазор z выбирают из такого расчета, чтобы при воздействии на щит 5 продольной нагрузки А (фиг.1) часть ее воспринималась упруго за счет упругой деформации консольной части рамы 2 вагона и самого щита 5 до выбора зазора z без потери устойчивости (до начала пластической деформации) щита 5. Зазор z может быть увеличен путем наклона листа 6 в сторону от днищ котла 1 (фиг.3).

Для более равномерного распределения нагрузки, передаваемой на днище 4 котла 1 через предохранительный щит 5, ребра 9 последнего со стороны днища 4 могут быть снабжены полосами 14.

Возможность достижения положительного эффекта при использовании предлагаемого изобретения может быть объяснена следующим образом.

Защита днищ котла цистерны при аварийных столкновениях вагонов и концентрированных ударах автосцепкой или смещающимися грузами с других вагонов обеспечивается за счет:
поглощения энергии удара металлоконструкцией щита с образованием в нем местных вмятин;
упругой деформации консольной части рамы вагона с щитом в пределах конструкционного зазора между щитом и днищем;
поглощения энергии, идущей на отрыв сварных швов, соединяющих щит с хребтовой балкой.

Наличие горизонтальных ребер 8 и 9 и вертикальных ребер 10 и 11, в том числе ребер 8 и 11, усиленных в наиболее уязвимой части щита 5 (при действии на него нагрузки), обеспечивает большую жесткость и прочность предохранительного щита 5. Поскольку предохранительный щит 5 жестко прикреплен к раме 2 вагона (фиг. 1) и между щитом 5 и днищем 4 котла 1 имеется зазор z, то при воздействии на щит 5 продольной нагрузки А она будет восприниматься упруго консольной частью рамы 2 вагона (на которой укреплен щит 5) до тех пор, пока не будет выбран зазор z. Величина нагрузки, которая вызывает такую деформацию, может быть обозначена как А1.

Таким образом, конструкция и расположение предлагаемых предохранительных щитов 5 и расположение их с зазором z по отношению к котлу 1 обеспечивает безопасное восприятие цистерной части продольной нагрузки (которая может действовать, например, от смещающегося груза соседнего вагона при повышенных скоростях соударения вагонов) величиной менее чем А1 или всей нагрузки, если ее величина меньше А1. При действии на вагон в направлении котла 1 продольных усилий величиной менее А1 нагрузка на котел 1 не передается. Действие на цистерну продольной нагрузки А, превышающей А1, приводит к деформации щита и перераспределению концентрированного усилия А по поверхности днища, которая определяется площадью вертикального листа 6 предохранительного щита 5. Это позволяет обеспечить сохранность котла 1 при соударении цистерны с автосцепкой соседнего вагона, которая в аварийных ситуациях может наносить удары по цистерне не только на уровне рамы 2, но и выше. Наклон вертикального листа 6 позволяет не только увеличить упругую деформацию консольной части рамы 2 цистерны с предохранительным щитом 5 (а следовательно, и величину упруго воспринимаемой энергии удара, наносимого по цистерне), но и уменьшить вероятность выжимания грузов с соседних вагонов (например, при соударении вагонов с большими скоростями при маневрах или авариях), воздействующих на щит 5 в направлении центра днища 4 котла 1. Т.е. наклон щита 5 затрудняет нанесение ударов по днищу 1, так как способствует направлению возможных продольных усилий А в нижнюю часть днища 4, которая надежно защищена предохранительным щитом 5, имеющим наибольшую прочность в этой (нижней) части. Высокая прочность щита 5 (за счет использования подкрепляющих ребер 8-11) обеспечивает рикошетирование соударяемых объектов не только в нижнем направлении, но и в сторону.

Предлагаемая железнодорожная цистерна работает следующим образом.

При воздействии на цистерну усилий А в направлении котла 1 цистерны защита торцовой его части (днищ 4) обеспечивается предохранительным щитом 5. Предохранительный щит 5 воспринимает на себя нагрузки недопустимой величины, которые могут возникать в эксплуатации, например при нарушениях маневровых работ и в аварийных ситуациях. При этом происходит упругое восприятие части или всей действующей нагрузки, если ее величина не превышает А1 (до выбора зазора z между котлом 1 и предохранительным щитом). Если же действующая на котел 1 нагрузка имеет большую величину, чем А1, то в этом случае также не произойдет повреждения котла 1 цистерны, поскольку эта нагрузка будет воспринята щитом 5. В случае выбора всех зазоров между днищем 4 и щитом 5 (при больших величинах усилий А, действующих на цистерну) щит 5 обеспечивает распределение концентрированного удара на достаточно большой площади (до 1 м²) поверхности днища 4, что снижает уровень напряжений в днище 4 при аварийных ситуациях.

При повреждении щита он может быть заменен на новый.

Использование предлагаемого изобретения позволит повысить надежность железнодорожных цистерн для перевозки опасных грузов и обеспечить их экологическую безопасность.

Использование: изобретение относится к подвижному составу железнодорожного транспорта. Сущность изобретения: железнодорожная цистерна содержит установленный на раме котел, состоящий из обечайки и днищ, и предохранительные вертикальные щиты, каждый из которых укреплен на раме перед днищем котла и с зазором относительно днища. Для равномерного распределения ударных нагрузок по предохранительному щиту в аварийных ситуациях каждый предохранительный щит снабжен горизонтальным листом и вертикальными боковыми и центральными ребрами, закрепленными на горизонтальном листе и вертикальном предохранительном щите, причем по меньшей мере одно из центральных вертикальных ребер и одно из горизонтальных ребер имеют переменное сечение. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНАЯ ЦИСТЕРНА, включающая укрепленный на раме котел, состоящий из обечайки и днищ, ходовую часть и вертикальные предохранительные щиты, каждый из которых жестко закреплен на раме напротив днища котла с зазором между ними и имеет горизонтальные ребра, жестко прикрепленные к щиту со стороны днища, отличающаяся тем, что она снабжена размещенным перед каждым предохранительным щитом и жестко прикрепленным к раме горизонтальным листом с вертикальными боковыми и центральными ребрами, закрепленными на горизонтальном листе и вертикальном предохранительном щите со стороны котла, при этом по меньшей мере одно из центральных вертикальных ребер и одно из горизонтальных ребер выполнены переменного сечения так, что сечение центрального вертикального ребра увеличивается сверху вниз, а сечение горизонтального ребра от его краев к центру. 2. Цистерна по п.1, отличающаяся тем, что каждый вертикальный предохранительный щит установлен с наклоном.