Залізнична цистерна

1. Залізнична цистерна, що містить укріплений на рамі котел, що складаєтся з обичайки і днищ, ходової частини і запобіжних щи тів, кожен з яких жорстко закріплено на рамі напроти днищ котла і виконано у вигляді пластини з вертикальними і горизонтальними ребрами, жорстко закріпленої на горизонтальному листі, причому вертикальні ребра виконані так, що їхній переріз збільшується зверху вниз, і принаймні одне з горизонтальних ребер виконано змінного перерізу, який збільшу U 2 (13) 1 3 3720 4 хисних елементів буде відбуватися деформація і побігти порушенню цілісності котла цистерни і закотла цистерни. Крім того, захисні елементи відобруднення навколишнього середовища небезпечмої цистерни при ушкодженні їх не підлягають заними вантажами, що перевозяться в цистерні, міні. знижує імовірність виникнення пластичних дефорНайбільш близькою по технічній суті до пропомацій котла, що істотно полегшує проведення ронованого є залізнична цистерна, що включає біт з ремонту і відновлення рухомого складу після укріплений на рамі котел, що складається з обиаварій. чайки і днищ, ходову частину і запобіжні щити. Суттєвими ознаками залізничної цистерни заКожний із щитів закріплено на рамі напроти днищ гальними для прототипу і пропонованого рішення котла з зазором між ними і має вертикальну пласє наявність у них укріпленого на рамі котла, що тину, жорстко закріплену на горизонтальному лисскладається з обичайки і днищ, ходової частини і ті. На пластині з боку днищ жорстко прикріплені запобіжних щитів. При цьому кожний із запобіжних вертикальні і горизонтальні ребра. При цьому верщитів жорстко закріплений на рамі напроти днищ тикальні ребра виконані так, що їхній перетин збікотла і виконаний у вигляді пластини з вертикальльшується зверху вниз, і, принаймні, одне з гориними і горизонтальними ребрами, жорстко закріпзонтальних ребер виконано перемінного перетину леної на горизонтальному листі, причому вертикаякий збільшується від країв до центру (патент льні ребра виконані так, що їхній перетин 2038241, Росія, 27.06.95 Бюл. №18, МПК збільшується зверху вниз, і, принаймні, одне з гоВ61D5/00). ризонтальних ребер виконано перемінного переЗахист днищ котла відомої цистерни при аватину який збільшується від країв до центра. Суттєрійних зіткненнях вагонів і концентрованих ударів у вими відмінними ознаками пропонованого днище котла автозчепом сусіднього вагона забезтехнічного рішення є те, що залізнична цистерна печується в основному за рахунок поглинання додатково обладнана, розміщеними між кожним із енергії удару при пружній деформації консольної днищ і відповідними щитами, блоками, що мають частини рами вагона з щитом у межах конструкможливість деформуватися, і які жорстко закріпційного зазору між щитом і днищем. Крім того, часлені на пластинах щитів, при цьому додаткові блотина енергії удару поглинається при відриві зварки і пластини повторюють по конфігурації форму них швів, що з'єднують щит з рамою вагону. Така днища, вертикальні і горизонтальні ребра встаносистема захисту може ефективно працювати тільвлені на зовнішній стороні щита, а додаткові блоки ки тоді, коли забезпечено досить великий конструвиконані у виді стільникової чи чарункової конструкційний зазор між щитом і днищем. Однак у бількції з гофрованих листів пластичної низьковуглешості випадків цю умову виконати неможливо цевої сталі жорстко з'єднаних між собою. через існуючі обмеження на габарити залізничних Крім того, суттєвими відмінними ознакам є тацистерн. У цьому випадку енергія, що витрачаєтькож те, що пластина запобіжного щита виконана з ся на деформацію щита і рами вагона, складає плоских сегментів жорстко з'єднаних між собою, до лише незначну частину (5-10%) енергії удару. При кожного з яких прикріплений плоский фрагмент ударі щит не буде відриватися від рами вагона, а додаткового блоку. буде щільно притиснутий до днища котла. Через Ще однією відмінністю є те, що, горизонтальте, що вертикальні і горизонтальні ребра, що заний лист закріплений на рамі в передній частині за безпечують щиту високу жорсткість, закріплені на допомогою стрижневих елементів, що мають можщиті з боку днища, у зоні контакту ребер і днища ливість деформуватися або розриватися, а в заднавіть при відносно невеликих ударах можуть виній - Ω-подібною пластиною, один з кінців якої жоникати напруги, що перевищують припустимі і рстко з'єднано з рамою цистерни, а другий - із приводять до пластичної деформації днища. Усе задньою частиною горизонтального листа. це підвищує імовірність порушення цілісності котДо відмінностей цистерни, що заявляється, ла і забруднення навколишнього середовища невідноситься те, що, горизонтальний лист виконабезпечними вантажами, що перевозяться в циний Г-подібним. стерні. Суть корисної моделі пояснюється ілюстраціТаким чином, відомі конструкції цистерн не заями, де на представлених фігурах схематично безпечують ефективного захисту котла цистерни в зображено: аварійних ситуаціях. Фіг.1 - Загальний вид залізничної цистерни; В даній корисній моделі ставиться технічна Фіг.2 - Запобіжний щит; задача підвищення експлуатаційних характерисФіг.3 - Вид цистерни з щитом, пластина якого тик, надійності й екологічної безпеки залізничної виконана з окремих плоских сегментів; цистерни в екстремальних ситуаціях, зниження Фіг.4 і 5 - Запобіжний щит, пластина якого виімовірності виникнення пластичних деформацій конана з окремих плоских сегментів; днища котла. Фіг.6 - Фрагмент додаткового блоку виконаного Суть запропонованої корисної моделі складау виді стільникової конструкції; ється в наданні залізничній цистерні таких консФіг.7 - Варіант кріплення запобіжного щита до труктивних властивостей, при яких забезпечується рами цистерни. надійний захист котла цистерни від перфорації Пропонована залізнична цистерна (див. Фіг.1 і при наднормативних ударах у днище. Цей техніч3) складається з котла 1, жорстко закріпленого на ний результат досягається шляхом пластичної рамі 2 і ходової частини 3. Напроти днищ 4 котла 1 деформації захисних елементів і перерозподілом до рами 2 жорстко прикріплені запобіжні щити 5. діючих на цистерну концентрованих навантажень Запобіжний щит 5 (див. Фіг.2) включає сталеву на велику площу днища її котла. Це дозволяє запластину 6, до зовнішньої частини якої приварені 5 3720 6 вертикальні 7 і горизонтальні 8 ребра. Для забезде П - енергія пластичної деформації блоку 10; печення мінімальної маси щита 5 і одночасного l - lk k= – коефіцієнт, що характеризує ступінь збереження необхідної жорсткості вертикальні 7 і l горизонтальні 8 ребра виконані перемінного перестиснення стільникового пакету; тину. При цьому перетин вертикальних ребер 7 l - початкова висота стільникового пакету ; збільшується зверху вниз, а горизонтальних 8 - від lk - кінцева висота стільникового пакету по закраїв до центра. Пластина 6 і нижні кінці деяких кінченні стиску. вертикальних ребер 7 приварені до горизонтальЗапобіжні щити 5 можуть бути закріплені на ного листа 9. До пластини 6 з боку днища 4 жорстрамі 2 за допомогою зварювання або за допомоко прикріплений додатковий блок 10, виконаний у гою стрижневих елементів 14, що мають можливигляді стільникової чи чарункової конструкції з вість деформуватися чи розриватися (болтів, гофрованих листів 11 пластичної низковуглецевої шпильок і т.п.), і Ω -подібної пластини 15 (див. сталі жорстко з'єднаних між собою. Пластина 6 і Фіг.7). Один з кінців Ω-подібної пластини 15 жорстблок 10 повторюють за формою конфігурацію ко з'єднано з рамою 2 цистерни, а другий - із задднища 4. Пластина 6 може бути виконана з окреньою частиною горизонтального листа 9. Ωмих плоских сегментів 12 зварених між собою так, подібна пластина 15 утримує щи т 5 при розриві щоб задовольнялася вимога повторення форми (зрізанні) стрижневих елементів 14. При цьому, днища з достатнім ступенем апроксимації (див. деформуючись, вона дозволяє притиснути щит 5 Фіг.4 і 5). У цьому випадку блок 10 виготовляється упритул до днища 4. Як варіант, горизонтальний у вигляді плоских фрагментів 13 які кріпляться до лист 9 може бути виконаний Г-подібним. Така фоплоских сегментів 12. рма листа 9 дозволяє установити додаткові стриДля ефективного захисту котла 1 цистерни жневі елементи 14 і тим самим підвищити енергопри ударах у днище 4 в аварійній ситуації необхідємність пристрою захисту. но щоб жорсткість пластини 6 з ребрами 7 і 8 була Пропонована залізнична цистерна працює табільше жорсткості днища 4, а жорсткість блоку 10 ким чином. менше жорсткості днища 4. При виборі геометричПри впливі на цистерну зусиль P у напрямку них розмірів стільникової конструкції блоку 10, що котла 1 захист його днищ 4 забезпечується, навизначають його жорсткість (див. Фіг. 6), необхідсамперед, запобіжним щитом 5. Якщо зусилля P но, щоб критичне напруження втрати стійкості σkp не перевищує деякого значення P1, енергія удару стінки стільникової чарунки як шарнірне обпертої через запобіжний щит 5 передається на всю конспластинки було не менш межі текучості σT матерітрукцію цистерни і витрачається на пружну дефоалу листів 11 рмацію її елементів. При більш сильних ударах, 2 æh ö s T £ sкр = 3,6E c ç ÷ £ sbc , èR ø де Eс - модуль пружності матеріалу листів 11; h - товщина листа 11; R - радіус описаної окружності стільникової чарунки; s bc - межа міцності матеріалу листів 11. Відкіля sT h £ £ 3,6 Ec R sbc . 3,6 Ec Для пластичних маловуглецевих сталей значення відносини h/R складає 1 h 1 £ £ . 60 R 40 Сила, при якій зминаються стільники шестигранної структури, визначається по формулі h P = 6rh sTn c = 1 54F s T , , R де nс - число чарунок, що зминаються; F - площа ділянки блоку 10, яка деформується. При цьому енергія, що поглинається блоком 10, визначається по формулі h П = 1 54k sTFl , , R перевищуючих значення P1 відбувається відрив зварених швів, які закріплюють запобіжний щит 5 на рамі 2, чи руйнування стрижневих елементів 14. Щит 5 притискається до днища 4 і відбувається пластична деформація стільникових елементів блоку 10. При цьому частина кінетичної енергії удару ви трачається на пластичну деформацію елементів конструкції цистерни, що руйнуються. Надлишкова енергія удару, не поглинена цими елементами, передається на днище 4 котла цистерни через жорстку пластину 6 з ребрами 7 і 8 і зім'яті блоки 10. Це приводить до розподілу концентрованого удару практично на всю поверхню захисного щита 5. Оскільки значна частина енергії ударного впливу поглинається при руйнуванні стрижневих елементів 14 і деформації стільникового елемента блоку 10, удар розподіляється на значну поверхню, то імовірність перфорації днища 4, а в деяких випадках навіть його пластичної деформації, істотно зменшується. Для відновлення працездатності залізничної цистерни після аварії в більшості випадків досить зробити заміну ушкодженого запобіжного щита 5. Використання пропонованого технічного рішення дозволить підвищити надійність залізничних цистерн для перевезення небезпечних вантажів і забезпечити їхню екологічну безпеку. 7 Комп’ютерна в ерстка Н. Лисенко 3720 8 Підписне Тираж 37 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601