ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНАЯ ЦИСТЕРНА Российский патент 1999 года по МПК B61D5/00 

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

Известна 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 [1].

Недостатком известной конструкции является небольшая опорная площадь предохранительных щитов, вызывающая необходимость введения дополнительных элементов, связывающих верхнюю часть щитов с рамой. Жесткое крепление верхней части щитов к раме приводит к невозможности упругого восприятия нагрузки, воздействующей на щиты. Вследствие этого при действии на щит усилий от смещающихся грузов соседних вагонов при аварийных ситуациях нагрузка будет передаваться на элементы крепления котла или сам котел, что приведет к его повреждению.

Наиболее близкой по технической сути к предлагаемой конструкции является железнодорожная цистерна, включающая укрепленный на раме котел, состоящий из обечайки 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, причем она снабжена размещенным перед каждым предохранительным щитом и жестко закрепленным 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 имеет переменное сечение [2].

Известная конструкция предохранительных щитов железнодорожных цистерн не обеспечивает эффективной защиты котлов при ударах от смещающихся грузов соседних вагонов или самих вагонов, например, при крушениях или аварийных ситуациях, а также при концентрированных ударах автосцепкой. Следовательно, при сильных ударах будут повреждаться защитные элементы и сам котел.

Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности железнодорожных цистерн для перевозки опасных грузов и обеспечение экологической безопасности за счет предотвращения разгерметизации цистерн и загрязнения окружающей среды при аварийных ситуациях.

Поставленная цель достигается тем, что в железнодорожной цистерне, включающей укрепленный на раме котел, состоящий из обечайки и днищ, ходовую часть и защитные экраны, имеющие вертикальные предохранительные щиты, каждый из которых жестко закреплен к горизонтальному листу напротив днища котла с зазором между ними, при этом к вертикальному предохранительному щиту жестко закреплены центральные вертикальные ребра, выполненные переменного сечения и с закрепленными между ними горизонтальными ребрами, вертикальный предохранительный щит снабжен двумя боковыми щитами, образующие в совокупности защитный экран, при этом боковые щиты жестко закреплены к горизонтальному листу и, соответственно, по обе стороны вертикального предохранительного щита под углом 15-20^o к последнему, а соотношение ширины основания вертикального предохранительного щита к ширине основания одного из боковых щитов выполнено равным 1,2-1,4, причем высота вертикального предохранительного щита выполнена равной 0,4-0,5 диаметра котла, боковые щиты выполнены с ребрами жесткости переменного сечения, которые жестко соединены с горизонтальным листом, а в верхней части - с центральными вертикальными ребрами посредством перемычек, при этом горизонтальные ребра снабжены жестко соединенными с ними перемычками, а центральные вертикальные ребра вертикального предохранительного щита установлены с возможностью расположения их над усиливающими швеллерами хребтовой балки рамы, при этом угол наклона защитного экрана к горизонтальному листу выполнен в пределах 73-77^o, а соотношение ширины основания бокового щита к ширине его верхней части выполнено равным 1,2-1,3, при этом их верхняя часть выполнена под углом 40-45^o с плавным переходом к основанию.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований для достижения технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

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. Кроме того, предлагаемая конструкция и радиальное построение защитного экрана обеспечивает уменьшение концентрированных усилий, направленных на днище котла, за счет их рикошетирования.

На фиг. 1 показана железнодорожная цистерна, общий вид, на фиг. 2 - то же, вид с торца, на фиг. 3 - защитный экран со стороны днища (аксонометрия), на фиг. 4 - защитный экран вид спереди, на фиг. 5 - вид сверху, на фиг. 6 - продольный разрез Б-Б, на фиг. 7 - сверху продольного разреза Б-Б, на фиг. 8 - боковой щит.

Железнодорожная цистерна состоит из котла 1, жестко закрепленного на раме 2, ходовой части 3 (фиг. 1). Напротив днищ 4 котла 1 к раме 2 жестко закреплены защитные экраны 5 с зазором Z.

Защитный экран 5 (фиг. 3) состоит из вертикального предохранительного щита 6 и двух боковых щитов 7 и 8, при этом к вертикальному предохранительному щиту 6 жестко закреплены центральные вертикальные ребра 9, 10 переменного сечения с закрепленными между ними горизонтальными ребрами 11 и 12.

Наличие горизонтальных ребер 11, 12 и центральных вертикальных 9, 10 обеспечивает большую жесткость и прочность защитного экрана 5.

А наличие боковых щитов 7 и 8 позволяет перераспределить концентрированное усилие с его рикошетированием по поверхности защитного экрана 5, что позволяет обеспечить сохранность котла в аварийных ситуациях и при соударении цистерны с автосцепкой соседнего вагона.

Боковые щиты 7, 8 жестко закреплены к горизонтальному листу 13 (фиг. 3) и, соответственно, к вертикальному предохранительному щиту 6 (фиг. 7) под углом 15-20^o.

Такое радиальное построение защитного экрана 5 позволяет максимально защитить днище 4 котла 1 от возможных вероятных продольных нагрузок при повышенных скоростных соударениях вагонов.

При этом соотношение ширины основания L вертикального предохранительного щита 6 (фиг. 4) к ширине основания l одного из боковых щитов 7 или 8 выполнено в пределах 1,2-1,4.

Такое построение основания защитного экрана 5 ведет к увеличению площади защиты днища 4 котла 1.

Высота H вертикального предохранительного щита 6 (фиг. 4) выполнена равной 0,4-0,5 диаметра котла 1.

Это позволяет также максимально обеспечить сохранность котла 1 при различных соударениях в моменты аварийных ситуаций.

Боковые щиты 7 и 8 (фиг. 3) выполнены с вертикальными ребрами жесткости 14 переменного сечения, которые жестко соединены с горизонтальным листом 13, а в верхней части - с центральными вертикальными ребрами, соответственно, 9, 10 посредством перемычек 15.

Форма одного из боковых щитов 7, 8 показана на фиг. 8, где высота стороны бокового щита H₁ больше высоты H защитного экрана 5 на 1,02-1,03. Такая конструкция боковых щитов 7, 8 позволяет выполнить защитные экраны 5 с наклоном 73-77^o.

Горизонтальные ребра 11 (фиг. 3), установленные между центральными вертикальными ребрами 9, 10, снабжены жестко соединенными между ними перемычками 15.

Такая конструкция обеспечивает высокую прочность защитного экрана 5.

Центральные вертикальные ребра 9, 10 устанавливаются над усиливающими швеллерами хребтовой балки 17 рамы 2, что позволяет также обеспечить сохранность цистерны при воздействии различных продольных усилий.

Угол наклона защитного экрана 5 к горизонтальному листу 13 (фиг. 6) выполнен в пределах 73-77^o. Такой наклон защитного экрана 5 затрудняет нанесение ударов по котлу 1, так как способствует направлению возможных продольных усилий в нижнюю часть днища 4, которая надежно защищена защитным экраном 5, имеющим набольшую прочность в нижней части.

Соотношение ширины основания l бокового щита 7 и 8 (фиг. 4) к ширине l₁ его верхней части выполнено равным 1,2-1,3, при этом их верхняя часть выполнена под углом 40-45^o с плавным переходом к основанию.

Центральные вертикальные ребра 9, 10 и вертикальные ребра жесткости 14 выполнены переменного сечения и имеют большее сечение в нижней части.

Горизонтальный лист 13 (фиг. 3) приварен к хребтовой балке 17 и лобовому бруску 18.

Данная конструкция защитного экрана 5 обеспечивает рикошетирование соударяемых элементов в различных направлениях.

Железнодорожная цистерна работает следующим образом.

При воздействии на цистерну усилий в направлении котла 1 цистерны защита днищ 4 обеспечивается защитным экраном 5. Защитный экран 5 воспринимает на себя нагрузки недопустимой величины, которые могут возникнуть в процессе эксплуатации, при нарушениях маневровых работ и в аварийных ситуациях. При этом происходит упругое восприятие действующей нагрузки, если ее величина не прерывает допустимой (выбор зазора Z).

В случае выбора зазора Z между днищем 4 и защитным экраном 5 (при максимальных нагрузках, действующих на цистерну), защитный экран 5 обеспечивает распределение концентрированного удара на достаточно большую площадь до 2,2 м² поверхности днища, что снижает уровень напряжений в днищах 4 при аварийных ситуациях.

Такая конструкция защитного экрана 5 позволяет увеличить площадь защиты днища 4 котла 1 цистерны для перевозки опасных грузов по сравнению с прототипом в 2 раза.

При повреждении защитного экрана, он может быть заменен на новый.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного устройства следующие совокупности условий:
- средство, воплощающее заявленное устройство при его осуществлении, при использовании в железнодорожном транспорте, а именно, для перевозки опасных грузов в цистернах горизонтального расположения с защитным экраном;
- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

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

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "Промышленная применимость".

Изобретение относится к подвижному составу железнодорожного транспорта, а именно к цистернам для перевозки опасных грузов и устройствам их защиты. Железнодорожная цистерна включает укрепленный на раме котел, состоящий из обечайки и днищ, ходовую часть и защитные экраны. Защитные экраны имеют вертикальные предохранительные щиты, каждый из которых жестко закреплен к горизонтальному листу напротив днища котла с зазором между ними. К вертикальному предохранительному щиту жестко закреплены центральные ребра, выполненные переменного сечения и с закрепленными между ними горизонтальными ребрами. Вертикальный предохранительный щит снабжен двумя боковыми щитками, которые образуют в совокупности защитный экран. Угол наклона защитного экрана к горизонтальному листу выполнен в пределах 73 - 77^oC, а соотношение ширины основания бокового щита к ширине его верхней части выполнено равным 1,2-1,3. Использование изобретения позволяет повысить эксплуатационную надежность железнодорожных цистерн при перевозке опасных грузов и обеспечить экологическую безопасность окружающей среды. 8 ил.

Железнодорожная цистерна, включающая укрепленный на раме котел, состоящий из обечайки и днищ, ходовую часть и защитные экраны, состоящие из вертикальных предохранительных щитов, каждый из которых жестко закреплен к горизонтальному листу и раме напротив днища котла с зазором между ними, при этом к вертикальному предохранительному щиту жестко присоединены центральные вертикальные ребра переменного сечения с закрепленными между ними горизонтальными ребрами, отличающаяся тем, что вертикальный предохранительный щит снабжен двумя боковыми щитами, которые соответственно жестко закреплены к горизонтальному листу и по обе стороны вертикального предохранительного щита под углом 15 - 20^o к последнему, а соотношение ширины основания вертикального предохранительного щита к ширине основания одного из боковых щитов выполнено равным 1,2 - 1,4, причем высота вертикального предохранительного щита выполнена равной 0,4 - 0,5 диаметра котла, боковые щиты выполнены с ребрами жесткости переменного сечения, которые жестко соединены с горизонтальным листом, в а верхней части - с центральными вертикальными ребрами посредством перемычек, при этом горизонтальные ребра снабжены жестко соединенными с ними перемычками, а центральные вертикальные ребра вертикального предохранительного щита установлены с возможностью расположения их над усиливающими швеллерами хребтовой балки рамы, при этом угол наклона защитного экрана к горизонтальному листу выполнен в пределах 73 - 77^o, а соотношение ширины основания бокового щита к ширине его верхней части выполнено равным 1,2 - 1,3, при этом их верхняя часть выполнена под углом 40 - 45^o с плавным переходом к основанию.