Результат интеллектуальной деятельности: Котел вагона-цистерны

Заявляемое изобретение относится к подвижному составу железнодорожного транспорта, в частности к железнодорожным вагонам-цистернам.

Известен железнодорожный вагон-цистерна, содержащий обечайку, люк с горловиной, смонтированный в обечайке котла, патент России №74877, B61D 5/00, опубл. 20.07.2008.

Технической проблемой, присущей данному устройству, является ненадежное закрепление горловины люка, место закрепления которого выполнено в виде фланца, вваренного в обечайку котла и воспринимающего нагрузку непосредственно только сварочным швом.

Известен также железнодорожный вагон-цистерна, содержащий обечайку, люк с горловиной, закрепленной в обечайке котла, место соединения горловины люка с обечайкой усилено накладкой, установленной на наружной цилиндрической поверхности обечайки и охватывающей горловину люка, заявка US 2014/0000474 А1, B61D 5/00, опубл. 02.01.2014.

Технической проблемой, присущей данному устройству, также является ненадежное закрепление горловины люка на обечайке котла вагона-цистерны, по причине наличия высоких внутренних напряжений, концентрирующихся в местах соединения горловины люка и усиливающей накладки с обечайкой котла, а также по кромкам усиливающей накладки. Такая концентрация обусловлена повышенной жесткостью усиливающей накладки по всем ее поперечным сечениям, вследствие постоянства толщины поперечного сечения.

Техническим результатом заявляемого изобретения является увеличение надежности закрепления горловины люка в обечайке котла вагона-цистерны.

Указанный технический результат обеспечивается котлом вагона-цистерны, содержащим обечайку, люк с горловиной, закрепленной в обечайке котла, при этом место соединения горловины люка с обечайкой усилено накладкой, установленной на наружной цилиндрической поверхности обечайки и охватывающей горловину люка, усиливающая накладка выполнена с переменным поперечным сечением в виде центрального участка толщиной «Н» и концевых участков толщиной «h» с промежуточными переходными участками, общая длина «L» усиливающей накладки, измеренная вдоль продольной оси котла вагона-цистерны, выполнена превышающей, не менее чем в 1,3 раза диаметра «D» горловины люка, ширина «L₁» усиливающей накладки, измеренная поперечно обечайки котла, составляет от 0,08 до 0,20 длины окружности обечайки котла; отношение «h/Н» может быть выдержано в диапазоне от 0,2 до 0,9; усиливающая накладка может быть набрана из нескольких составных элементов: центральной части и жестко соединенной с ее кромками концевыми частями; промежуточные переходные участки могут быть выполнены по краям центральной части накладки в виде скосов.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемое устройство отличается от прототипа тем, что усиливающая накладка выполнена с переменным поперечным сечением в виде центрального участка толщиной «Н» и концевых участков толщиной «h» с промежуточными переходными участками, общая длина «L» усиливающей накладки, измеренная вдоль продольной оси котла вагона-цистерны, выполнена превышающей не менее чем в 1,3 раза диаметра «D» горловины люка, ширина «L₁» усиливающей накладки, измеренная поперечно обечайке котла, составляет от 0,08 до 0,20 длины окружности обечайки котла; отношение «h/Н» выдержано в диапазоне от 0,2 до 0,9; усиливающая накладка набрана из нескольких составных элементов: центральной части и жестко соединенной с ее кромками концевыми частями, промежуточные переходные участки выполнены по краям центральной части накладки в виде скосов. Такое отличие от прототипа дает основание утверждать о соответствии предлагаемого технического решения критерию патентоспособности изобретения - «новизна». Сравнение предлагаемого устройства не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники, не позволило выявить в них признаки, аналогичные отличительным признакам предлагаемого технического решения, что позволяет сделать вывод о соответствии условию патентоспособности - «изобретательский уровень».

Сущность изобретения поясняется изображениями, где:

- на фиг. 1 представлен котел вагона-цистерны, общий вид;

- на фиг. 2 - усиливающая накладка, смонтированная на обечайке котла вагона, местный вид, изометрическая проекция;

- на фиг. 3 - местный поперечный разрез обечайки котла, люка, усиливающей накладки;

- на фиг. 4 - вариант выполнения усиливающей накладки, набранной из нескольких деталей, местный вид, изометрическая проекция.

Котел вагона-цистерны содержит обечайку 1 (Фиг. 1), люк 2 с горловиной 3. Зона соединения горловины 3 с обечайкой 1 люка 2 усилена накладкой 4.

В обечайке 1, усиливающей накладке 4 выполнены отверстия диаметром «D». Своим отверстием диаметром «D» усиливающая накладка 4 охватывает горловину 3 люка 2 по месту соединения горловины 3 с обечайкой 1 котла вагона-цистерны (Фиг. 2, 3).

Усиливающая накладка 4 закреплена на наружной цилиндрической поверхности обечайки 1 котла и выполнена с радиусным изгибом, повторяющим цилиндрическую наружную поверхность обечайки 1 котла. Усиливающая накладка 4 выполнена с переменным поперечным сечением в виде центрального участка 4.1 толщиной «Н» и концевых участков 4.2 толщиной «h» с промежуточными переходными участками (Фиг. 4). Отношение «h/Н» может быть выдержано в диапазоне от 0,2 до 0,9.

Выполнение толщины «h» к толщине «Н» менее чем 0,2 не является целесообразным, поскольку возникает проблема получения качественного монтажного шва, вследствие большой разницы между толщинами обечайки 1 котла и тонких кромок концевых частей толщиной «h», приводящей к непрогреву металла обечайки 1 котла и при этом к пережогу тонкой кромки концевых частей.

Выполнение толщины «h» к толщине «Н» более чем отношение 0,9 также не является оправданным, поскольку в этом случае разница толщин становится минимальной и в этом случае эффект равномерного распределения концентрации внутренних напряжений в местах соединения горловины 3 люка 2 и кромок усиливающей накладки 4 с обечайкой 1 котла практически исчезает.

Общая длина «L» усиливающей накладки 4, измеренная вдоль продольной оси обечайки 1 котла вагона-цистерны, выполнена превышающей не менее чем в 1,3 раза диаметр «D» горловины 3 люка 2.

Ширина «L₁» усиливающей накладки 4, измеренная поперечно обечайки 1 котла, составляет от 0,08 до 0,20 длины окружности обечайки 1 котла.

Выбранный диапазон отношений «L» и «D» обусловлен требованиями обеспечения прочности соединения горловины 3 люка 2 с обечайкой 1 котла. При выполнении длины «L» менее чем в 1,3 диаметра «D» не обеспечивается необходимая прочность усиливающей накладки 4, поскольку в этом случае накладка 4, не имеющая развитой поверхности, контактирующей с наружной поверхностью обечайки 1 котла, не обладает необходимой жесткостью и прочностью и не обеспечивает необходимую прочность соединения горловины 3 люка 2 с обечайкой 1 котла. Превышение длины «L» более чем в 1,3 диаметра «D» обусловлено технологическим требованиями при изготовлении котла вагона-цистерны, а также ограничениями по весу обечайки 1 котла. Аналогичными условиями обусловлен выбор ширины «L₁» усиливающей накладки, которая измеренная по поперечной оси котла, составляет от 0,08 до 0,20 длины окружности обечайки 1 котла.

Усиливающая накладка 4 может быть набрана из нескольких составных элементов: центральной части 4.1.1 и жестко соединенной с ее кромками концевыми частями 4.2.1. Промежуточные переходные выполнены по краям центральной части 4.1.1 накладки 4 в виде скосов 4.3.1.

Выполнение усиливающей накладки 4 в виде уменьшающихся по высоте участков 4.1, 4.2 с промежуточными наклонными переходными участками 4.3 либо с аналогичными участками 4.1.1, 4.2.1, 4.3.1 способствует более равномерному распределению по толщине поперечного сечения и сечения обечайки 1 возникающих в зоне соединения горловины 3 люка 2 с обечайкой 1 сварочных и динамических внутренних напряжений, возникающих при изготовлении и эксплуатации вагона-цистерны.

Таким образом, выполнение усиливающей накладки 4 с переменным сечением, уменьшающимся в направлении от центра к краям, существенно снижает нежелательную концентрацию высоких внутренних напряжений в местах соединения горловины 3 люка 2 и усиливающей накладки 4, а также по кромкам усиливающей накладки 4.