CC BY
56
УДК 629.463.3.001.2:656.225.073.437
С. В. МЯМЛИН (ДИИТ), В. М. БУБНОВ, Д. Т. ЛАВРЕНКО (ООО «ГСКБВ») ТЕНДЕНЦИИ В СОВЕРШЕНСТВОВАНИИ
КОНСТРУКТИВНЫХ СХЕМ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ЦИСТЕРН ДЛЯ ПЕРЕВОЗКИ НЕФТЕПРОДУКТОВ
Наведено аналiз основних техшчних рiшень конструкцiй вагошв-цистерн для перевезення свiтлих наф-топродукпв. Особливу увагу придiлено вузлу з'еднання котла та рами вагона.
Представлен анализ основных технических решений конструкций вагонов-цистерн для перевозки светлых нефтепродуктов. Особое внимание уделено узлу соединения котла и рамы вагона.
An analysis of main engineering designs for constructions of tank cars for transportation of light oil products is presented in the paper. A special attention is paid to the connection unit of boiler and wagon frame.
Работы по совершенствованию конструкции и повышению надежности выпускаемых вагонов-цистерн проводятся многими конструкторскими организациями практически во всех промышленно-развитых странах. Постоянное совершенствование конструкции цистерн связано с характером перевозимых грузов, которые, как правило, относятся к категории опасных. В свете проводимых работ по совершенствованию конструкций цистерн большое внимание уделяется такому узлу как соедине-
{
lil JL )
ние котла с рамой, который, по сути, является одним из наиболее ответственных конструктивных узлов, отвечающий за устойчивость и прочность конструкции цистерны в целом.
Анализ данных, полученных при изучении зарубежного опыта цистерностроения, а также проведенные патентные исследования (более 200 патентов), позволили сравнить и классифицировать основные конструктивные схемы вагонов-цистерн в части соединения котла к раме (рисунок).
Рис. Классификация конструктивных схем крепления котла на раме:
- хомутовая схема; б - бесхомутовая схема; в - двухточечная схема; г - жесткая (европейская) схема;
д - безрамная схема
Для цистерн, изготавливаемых в странах СНГ и Скандинавии, характерна хомутовая схема (см. рис., а). Крепление котла на раме осуществляется в средних и концевых его частях. В средней части крепление котла на раме осуществляется с помощью фасонных лап, препятст-
вующих смещению котла относительно рамы, а концевые части котла опираются свободно на крайние опоры. К крайним опорам котел притянут стяжными хомутами, предназначенными для предотвращения вертикальных и поперечных перемещений котла относительно рамы.
в
а
б
г
д
а
Особенностью конструкции рамных цистерн является то, что хребтовая балка почти не участвует в восприятии основных вертикальных нагрузок. Это объясняется большей жесткостью котла по сравнению с жесткостью хребтовых балок рамы. Шкворневые балки рамы подвержены значительным вертикальным нагрузкам, и при приложении к их концам усилий, необходимых для подъема кузова, в этих балках могут возникнуть значительные напряжения. Хребтовые балки служат в основном для восприятия продольных усилий. Особенности хомутового крепления котла на раме отражены в патентах [1; 2].
К основным недостаткам такой конструктивной схемы соединения котла к раме следует отнести необходимость применения для изготовления котла листов различной толщины, что не позволяет применять прогрессивные методы при их изготовлении, например, изготовление котлов методом спиральной навивки и др., а также увеличивает количество типоразмеров применяемого металлопроката.
Еще одним существенным недостатком является применение в качестве опорных поверхностей деревянных брусков, которые в процессе эксплуатации могут растрескиваться, менять влажность, а следовательно, и механические свойства при изменении метеорологических условий, кроме того, при установке котла на опоры присутствует трудоемкая операция по подгонке опорного контура деревянных брусков к контуру поверхности цилиндрической части котла.
Схема бесхомутового крепления котла на раме (см. рис., б). Такое решение направлено на повышение надежности крепления путем исключения возможности образования зазоров между котлом и рамой в процессе эксплуатации. Особенности бесхомутового крепления котла на раме отражены в патентах [3; 4].
Схема двухточечного крепления котла на раме (см. рис., в). Она характеризуется отсутствием среднего крепления котла. Передача эксплуатационных нагрузок (вертикальных, продольных и поперечных) от котла на раму осуществляется через опоры. Сущность двухточечного крепления котла на раме можно видеть в патентах [5-7].
Схема двустороннего бокового крепления (см. рис., г), характерна для цистерн, изготавливаемых в странах Западной Европы. Рамы этих цистерн имеют, в большинстве своем стандартизованную конструкцию, а их конструктивное исполнение обусловлено в значительной мере спецификой конструкции котлов
и способов крепления их на раме. Рама, как правило, состоит из системы продольных и поперечных балок и консолей. В конструкции широко применяются гнутые и прокатные профили.
Широкое распространение получило боковое крепление котла и рамы по всей его длине, в связи с чем, рама имеет усиленные боковые продольные балки.
Двустороннее боковое крепление наиболее распространено во Франции и Германии. К котлу снизу с двух сторон по всей длине приваривается специальный профиль, к которому при помощи направляющих элементов (болты, заклепки) крепятся наклонные листы, приваренные по всей длине к продольным балкам рамы, а в безрамных конструкциях к концевым боковым элементам [8; 9].
Безрамная схема крепления котла к полураме (см. рис., д), характерна для цистерн, изготавливаемых в странах СНГ и Северной Америки. Две концевые полурамы имеют соответствующие элементы опор, к которым посредством сварки крепится котел. При такой схеме котел становится несущим элементом конструкции и, следовательно, воспринимает на себя все эксплуатационные нагрузки вместе с полурамой [10-12].
Рассмотренные технические решения характерных конструкций соединения котла с рамой можно классифицировать следующим образом:
- хомутовая схема;
- бесхомутовая схема;
- двухточечная схема;
- жесткая схема;
- безрамная схема.
Таким образом, исходя из анализа технических решений крепления котла к раме, можно сформулировать основные задачи по созданию перспективной конструкции железнодорожной цистерны в части крепления котла на раме цистерна должна:
- иметь безрамную конструкцию;
- обладать пониженной металлоемкостью;
- иметь пониженный центр тяжести вагона за счет максимально-возможного приближения котла к полурамам;
- иметь максимально возможный объем при базе 7 800 мм и длине по осям сцепления автосцепки 12 020 мм.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. А.с. 1402466 СССР. Железнодорожная цистерна /
Ю. Я. Водянников, А. В. Донченко, В. С. Оле-
щак, В. С. Лагута, Ю. А. Холод, Ю. А. Бекасов. -
Заявл. 10.11.86; Опубл. 15.06.88, Бюл. № 22.
2. Пат. ЯИ 216102 С2 Российская Федерация. Железнодорожная цистерна / А. В. Зоценко, В. П. Герман, В. П. Ефимов, Н. А. Малых, В. А. Андронов, В. И.Полявин, А. С. Вельчев, Б. Ю. Маженевских, А. П. Шилов. - Заявл. 09.02.1999; Опубл. 27.12.2000, Бюл. № 36.
3. Пат. ЯИ 2063347 С1 Российская Федерация. Железнодорожная цистерна / Р. А. Зашляпин, И. К. Насибулин, Н. Е. Конышев, С. Б. Радишев-ский. - Заяв. 24.03.92; Опубл. 10.07.96, Бюл № 19.
4. А.с. 1207867 СССР. Железнодорожная цистерна / Ю. Я. Водянников, В. С. Лагута, А. В. Дон-ченко, Ю. А. Холод, Л. А. Головко, В. М. Бубнов, Е. А. Лалуев. - Заявл. 16.10.84; Опубл. 30.01.86, Бюл. № 4.
5. А.с. 1592200 А1 СССР. Устройство крепления котла железнодорожной цистерны к раме /
B. А. Антипов, В. И. Климанов, С. Т. Павленко, А.
C. Пыстогов и В. А. Терехов. - Заявл. 12.04.88; Опубл. 15.09.90, Бюл. № 34.
6. Патент № 1.380.600 Франция.
7. Патент № 671282 Германия.
8. Пат. № 636400 Франция. Крепление котла железнодорожной цистерны к раме / Кристиан Кардон. -Заявл. 25.07.1988; Опубл. 26.01.1990; BOPI «Brevets» № 4.
9. Пат. № 2518966 Франция. Крепление котла железнодорожной цистерны к раме / Альберт Дек-роикс. - Заявл. 30.12 1981; Опубл. 01.07.1983, «Listen» № 26.
10. Пат. № 5467719 США. Способ соединения котла к раме / Tomas H.Dalrymple, Christopher C. Harkey. - Заявл. 29.07.1994; Опубл. 21.11.1995.
11. Пат. № 4257332 США. Способ соединения котла к раме / Mark A. Sochrist. -Заявл. 15.06.1979; Опубл. 24.03.1981.
12. Пат. RU 2 257 305 C2 Российская Федерация. Крепление котла цистерны к полурамам / В. П. Ефимов, А. Н. Стрельченко, Л. М. Васильева, Н. А. Малых, А. В. Крючков, В. А. Андронов, К. П. Демин, А. А. Поликарпов, А. А.Илларионов, М. В. Агинских, А. Б. Левин, А. В. Бесастный, Н. А. Белов. - Заявл. 29.07.2002; Опубл. - 27.07.2005, Бюл № 21.
Поступила в редколлегию 18.11.2005.
