АВТОЦИСТЕРНА ДЛЯ ПИЩЕВЫХ ЖИДКОСТЕЙ Российский патент 1998 года по МПК B60P3/22 

Изобретение относится к транспортным средствам для перевозки пищевых жидкостей в емкостях с отсеками, автоцистернами.

Известны цистерны, где для полного удаления жидкости имеются устройства, например, в виде наклонных эластичных оболочек от днищ к отстойнику и сливному отверстию [1] или устройство в виде углубления в основании цистерны, в зоне установки сливного клапана [2].

Недостатком известных цистерн является то, что они содержат дополнительные устройства в нижней части емкости, в виде оболочек, U-образных канавок (желобов), углублений в зоне сливного отверстия, усложняющие конструкцию цистерны и, следовательно, увеличивающие ее массу.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому устройству является устройство, представляющее собой автоцистерну, содержащую расположенную на ложементе шасси автомобиля цистерну, включающую в себя секцию эллиптического сечения с горловиной, внешнюю облицовку, термоизоляцию, расположенную в объемной полости между секцией и внешней облицовкой, при этом в секции цистерны выполнено отверстие для слива [3] .

Устройству, принятому за прототип, присущи те же недостатки, что и у выше известных: наличие дополнительных устройств для обеспечения полного освобождения цистерны, которые усложняют конструкцию цистерны и увеличивают ее массу.

Сущность изобретения заключается в том, что в автоцистерне для пищевых жидкостей, содержащей расположенную на ложементе шасси автомобиля цистерну, включающую в себя секцию эллиптического сечения с горловиной, внешнюю облицовку, термоизоляцию, расположенную в объемной полости между секцией и внешней облицовкой, при этом в секции цистерны выполнено отверстие для слива, секция цистерны выполнена в виде двух одинакового размера усеченных конусов, соединяемых основанием конусов, при этом центры отверстия для слива и горловины расположены напротив друг друга на линии, лежащей в плоскости соединения оснований конусов, а угол наклона образующей поверхности конуса к продольной оси цистерны определен соотношением

где K - величина угла наклона образующей конуса к оси, град.;
(K_пл) - абсолютная величина угла уклона площадки разгрузки (загрузки), град.;
(K_лж) - абсолютная величина угла отклонения ложемента под цистерну на шасси относительно горизонта, град.;
(K_ц) - абсолютная величина угла отклонения между продольными осями секции цистерны и образующей внешней облицовки, град.;
- максимально допустимый угол наклона образующей конуса секции к оси, град.;
V - максимальный объем секции (емкости) автоцистерны под жидкость, принятый исходя из грузоподъемности автомашины, м³;
l - максимальная длина емкости, принятая исходя из габаритов автоцистерны, м;
На фиг. 1 приведен продольный разрез цистерны по горловине и отверстию; на фиг. 2 - то же, вид сверху (разрез по X-X); на фиг. 3 - то же, сечение А-А; на фиг. 4 - схема, поясняющая условие выбора угла наклона образующей, и определение максимального угла наклона; на фиг. 5 - схема, поясняющая влияние жидкости на стенки емкости и на величину напряжений в сечениях.

Секция цистерны 1 выполнена в виде двух одинакового размера усеченных конусов 2 эллиптического сечения (А-А), соединенных между собой основаниями конусов 3. X-X и Y-Y - горизонтальная и вертикальная оси цистерны. Ось Y-Y расположена в плоскости оснований конусов и совпадает с центром отверстия горловины 4 и центром сливного отверстия 5. Горловина 4 и сливное отверстие 5 расположены напротив друг друга, т.е. горловина и сливное отверстие расположены в наивысшей и наинизшей точках емкости соответственно. Величина угла наклона образующей конуса к продольной оси емкости обозначена K, величина одинаковая для любого участка на образующей. Цистерна содержит внешнюю облицовку 6 и термоизоляцию 7, расположенную в объемной полости между секцией и внешней облицовкой, и установлена в ложемент 8 на шасси автомобиля. Наличие уклона поверхности секции к сливному отверстию 5 обеспечивает слив жидкости и поверхность конуса 2 при этом одновременно выполняет функцию желоба к отверстию. Для полного слива жидкости и заполнения безвоздушных пузырей угол наклона образующей поверхности конуса к продольной оси цистерны определен соотношением
,
где K - величина угла наклона образующей конуса к оси, град.;
(K_пл) - абсолютная величина угла уклона площадки разгрузки (загрузки), град.;
(K_лж) - абсолютная величина угла отклонения ложемента под цистерну на шасси относительно горизонта, град.;
(K_ц) - абсолютная величина угла отклонения между продольными осями секции цистерны и образующей внешней облицовки, град.;
- максимально допустимый угол наклона образующей конуса секции к оси, град.;
V - максимальный объем секции (емкости) автоцистерны под жидкость, принятый исходя из грузоподъемности автомашины, м³;
l - максимальная длина емкости, принятая исходя из габаритов автоцистерны, м;
Примечание: в России действуют нормы к разгрузочным площадкам - отклонение от горизонта не более 10 мм на один метр длины, т.е. ±0,5^o.

Проанализируем соотношение (1).

Примем, например, отклонение разгрузочной площадки от горизонта (K_пл) равным 1^o, величину угла отклонения (K_лж) поверхности ложемента на шасси (поверхность под цистерну на шасси) от горизонта равным 5^o, величину (K_ц) угла несовпадения осей секции цистерны и внешней облицовки - 4^o. Сумма составляющих абсолютных величин соотношения составит 10^o. Это можно представить как отклонение, например, продольной оси секции цистерны от горизонта на 10^o.

Для того, чтобы жидкость сливалась без остатка при таком положении емкости, угол наклона образующей конуса секции должен быть равным или больше угла отклонения оси, больше 10^o, и находиться в пределах максимально допустимого угла наклона конуса K₁, т.е. K₁>K>10^o.

Рассмотрим для случая, когда
K < (K_пл) + (K_лж) + (K_ц). (2)
Примем заведомо большую разницу, для наглядности, например: K = 2^o; K_пл = 3^o; K_лж = 7^o; K_ц = 5^o.

Суммарная абсолютная величина угла отклонения оси цистерны от горизонта составит 15^o, а угол конуса образующей всего 2^o. Появится обратный угол относительно сливного отверстия в одной из половины секции. Жидкость полностью не сольется. Пусть будет в соотношении обратное
,
Для примера примем объем емкости V = 1 м³; l = 2 м.

Результат будет аналогичный, как и для случая (2). Однако вероятность превышения левой части над правой в соотношении (3) очень мала, т.к. максимальный угол наклона образующей конуса, как правило, составляет десятки градусов и, чтобы превысить его, составляющие в левой части должны иметь очень большие величины, что реально мало вероятности.

Вместе с тем, при назначении параметров цистерны проектировщикам важно знать, что снижение величины угла наклона образующей конуса возможно только в случае изменения конструктивных параметров секции цистерны: увеличение длины, емкости при сохранении назначенного объема либо уменьшение объема при сохранении длины. Это наглядно видно из фиг. 4,
где V - объем секции под жидкость, выбранный конструктивно, исходя из грузоподъемности машины и габаритов, ограниченный поверхностями конусов AB и CB;
l - длина секции цистерны;
K₁ - максимальный угол наклона образующей AB, где K₁ пропорционален величине среднего радиуса основания конуса секции;
V_l - объем секции длиной l, ограниченный поверхностями усеченных конусов A'B' b C'B', равный объему, ограниченного образующими AB и CB;
K - угол наклона образующей усеченного конуса. Из схемы видно, что K< K₁;
V₂ - объем секции цистерны ограниченный конусами ДЕ и ЖЕ, равный V₁, но длиной l₁>l;
K₂ - угол наклона образующей конуса объемом V₂ (из схемы видно, что K₂ намного меньше K₁ и K, т.е. K₂<K₁);
V₃ - объем емкости цистерны длиной l, ограниченной образующими усеченных конусов Д'Е и Ж'Е, но при этом V₃ намного меньше V₁;
K₂ - угол наклона образующей (из схемы видно, что K₂ намного меньше K₁, т.е. K₂<K₁.

Таким образом, в предложенной автоцистерне наличие наклона поверхности секции к сливному отверстию, центр которого расположен на линии, лежащей в плоскости соединения оснований конусов, обеспечивается самой образующей конуса, т. е. слив жидкости обеспечивается без дополнительных устройств и поверхность конуса при этом выполняет функцию наклонного желоба от днищ цистерны к отверстию. А предложенная величина угла наклона образующей поверхности конуса секции позволяет сливать жидкость без остатка и заполнять безвоздушных пузырей на типовых рабочих площадках. Кроме того, в пределах максимально допустимого угла наклона, исходя из геометрических размеров емкости и грузоподъемности машины, позволяет назначить оптимальные параметры (K_лж), (K_ц) и подбирать угол наклона образующей K, обеспечивающий лучшие показатели по сравнению с известными устройствами при более низких требованиях к загрузочным площадкам. Использование наклонной поверхности секции в качестве функции желоба и расширение допусков на изготовление (K_лж), (K_ц) в пределах соотношения упрощает конструкцию цистерны.

Факт упрощения конструкции в части отдельных конструктивных элементов и устройств позволяет снизить массу автоцистерны, т.к. за счет совмещения функций отдельными элементами в предложенной цистерне ряд конструкций, по сравнению с известными, просто отсутствуют. Кроме того, проводя сравнительный анализ двух емкостей конической формы 1 и цилиндрической 2, одного объема и одинаковым максимальным размером основания 3, изображенных на фиг. 3, и, учитывая известное [4], что, например, напряжение растяжения в сечении цилиндрической емкости равны

нетрудно убедиться, что напряжение растяжения для образующей конуса 4 будет ниже, чем для цилиндра 5. Так как напряжение растяжения от сил давления P жидкости на стенки (указаны схематично) пропорциональны диаметру D и обратно пропорциональны толщине (из приведенных соотношений), то видно (см. сечения А-А, В-В, Д-Д и др.), что коническая емкость будет иметь средний диаметр D_ср. меньше диаметра D цилиндра, следовательно, и величину напряжений растяжений от действия жидкости на стенки также меньше.

Таким образом, коническая форма емкости, имея меньшие величины напряжений от действия сил, позволяет применить материал на образующую меньшей толщины в сечении, чем, например, для цилиндрической, тем самым также снизить массу цистерны. Площадь же поверхности тела одинакового объема практически почти не зависит от формы объема.

Кроме того, коническая форма секции позволяет несколько увеличить среднюю толщину изоляции в объемной полости между секцией и внешней облицовкой за счет разницы зазора между наружной облицовкой и поверхностью секции, из-за конусности секции (см. фиг. 1 - 3), без изменения общего объема автоцистерны по внешней облицовке и, тем самым повысить изотермичность автоцистерны. Некоторое увеличение объема термоизоляции и, следовательно, ее массы практически не вызывает значительного увеличения веса автоцистерны, т.к. удельный вес применяемых в качестве изоляции материалов на несколько порядков меньше основного материала, например, металла. А формула емкости с эллиптическим сечением в плоскости, перпендикулярной продольной оси цистерны, позволяет сохранить привычный дизайн автоцистерны, обеспечить по периметру более равномерный зазор между наружной облицовкой и секцией, использовать действующий техпроцесс получения трехслойной конструкции: материал секции - термоизолирующий материал - материал облицовки.

Таким образом, предложение позволяет получить положительный эффект и особенно важно при использовании в автоцистернах на автомобилях с ограниченно малой грузоподъемностью.

Конкретное использование изобретения в автоцистерне 3621-0000010, изготовленной заводом, на базе шасси автомобиля ГАЗ-33027.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР SU 1416380A1, кл. B 65 D 88/02.

2. Патент ФРГ SU 1308190A3, B 65 D 88/12.

3. Краткий автомобильный справочник НИИАТ, М.: Транспорт, 1982, с. 285 - 287.

4. П.И.Орлов. Основы конструирования. Справочно-методическое пособие l, М.: Машиностроение, 1988, с. 189 - 190.

Использование: изобретение относится к транспортным средствам для перевозки пищевых жидкостей в емкостях с отсеками, автоцистернами. Сущность изобретения: в автоцистерне для пищевых жидкостей, содержащей расположенную на ложементе шасси автомобиля цистерну, включающую в себя секцию эллиптического сечения с горловиной, внешнюю облицовку, термоизоляцию, расположенную в объемной полости между секцией и внешней облицовкой, при этом в секции цистерны выполнено отверстие для слива, секция цистерны выполнена в виде двух одинакового размера усеченных конусов, соединенных основаниями конусов, при этом центры отверстия для слива и горловины расположены напротив друг друга на линии, лежащей в плоскости соединения оснований конусов, а угол наклона образующей поверхности конуса к продольной оси цистерны определен соотношением, приведенным в тексте описания. 5 ил.

Автоцистерна для пищевых жидкостей, содержащая расположенную на ложементе шасси автомобиля цистерну, включающую в себя секцию эллиптического сечения с горловиной, внешнюю облицовку, термоизоляцию, расположенную в объемной полости между секцией и внешней облицовкой, при этом в секции цистерны выполнено отверстие для слива, отличающаяся тем, что секция цистерны выполнена в виде двух одинакового размера усеченных конусов, соединенных основаниями конусов, при этом центры отверстия для слива и горловины расположены напротив друг друга на линии, лежащей в плоскости соединения оснований конусов, а угол наклона образующей поверхности конуса к продольной оси цистерны определен соотношением

где К величина угла наклона образующей конуса к оси, град.

абсолютная величина угла уклона площадки разгрузки (загрузки), град.

абсолютная величина угла отклонения ложемента под цистерну на шасси относительно горизонта, град.

абсолютная величина угла отклонения между продольными осями секции цистерны и образующей внешней облицовки, град.

максимально допустимый угол наклона образующей конуса секции к оси, град.

V максимальный объем секции (емкости) автоцистерны под жидкость, принятый исходя из грузоподъемности автомашины, м³;
l максимальная длина емкости, принятая исходя из габаритов автоцистерны, м.