Результат интеллектуальной деятельности: ЗАЩИТНОЕ УСТРОЙСТВО КОТЛА ЦИСТЕРНЫ

Изобретение относится к подвижному составу железнодорожного транспорта, а именно к защитным устройствам днищ котлов цистерн для перевозки опасных грузов.

Защитное устройство котла цистерны предназначено для предотвращения повреждения или пробивания днища котла от удара автосцепным устройством соседнего вагона при возникновении аварийных ситуаций.

Известна железнодорожная цистерна, включающая платформу с ходовой частью и закрепленный на ней котел с днищами и с установленным на каждом из них приспособлением для защиты, выполненным повторяющим форму днища и шириной по высоте котла не менее одной трети диаметра котла [А.С. СССР №1765042, B 61 D 5/00, B 65 D 88/12, опубл. 30.09.92, бюл. №36].

Сущность данной конструкции заключается только в утолщении опасной зоны, что не предохраняет сам котел от удара автосцепки соседнего вагона, а лишь смягчает его последствия.

Также известна конструкция защитного устройства днища вагона-цистерны, расположенного поперек концевой части железнодорожного вагона-цистерны и направленного вертикально вверх так, что закрывает значительный участок нижней части днища цистерны. Данное защитное устройство своей нижней частью на концевой части рамы, а верхними краями с помощью продольных элементов соединено с ложементом котла цистерны [Пат. США №3994239, НКИ 105-358, опубл. 30.11.76, том 952, NS].

Недостатком данной конструкции является вертикальное расположение конструкции защитного устройства, что устанавливает минимальный зазор между верхней частью защитного устройства и днищем котла цистерны, в результате чего ударная нагрузка передается непосредственно на днище котла через упорную планку и через продольные элементы на ложементы котла, что приведет к их перекосу и необходимости капитального ремонта. Вместе с этим, крепление защитного устройства к концевой балке ненадежно и выйдет из строя при приложении нагрузки.

Дальнейшее развитие конструкции защитного устройства отражено в пат. РФ №2038241, B 61 D 5/00, опубл. 27.06.95, бюл. №18, где щит установлен с наклоном и закреплен на горизонтальном листе концевой балки рамы железнодорожной цистерны с помощью системы вертикальных и горизонтальных ребер, расположенных со стороны котла, при этом, по меньшей мере, одно из центральных вертикальных ребер и одно из горизонтальных ребер выполнены переменного сечения так, что сечение центрального вертикального ребра увеличивается сверху вниз, а сечение горизонтального ребра от его краев к центру.

Данное защитное устройство представляет из себя достаточно надежную конструкцию, но при ее отрыве от концевой балки рамы произойдет точечный контакт одного из ребер щита и днища котла цистерны, что при сильном ударе соседней автосцепки повлечет за собой значительные повреждения, вплоть до пробивания днища.

Этот недостаток частично решается в конструкции железнодорожной цистерны, описанной в пат. РФ №2141418, B 61 D 5/00, опубл. 20.11.99. бюл. №32, содержащей предохранительные щиты, закрепленные на раме разъемными соединениями и представляющие собой часть поверхности цилиндра, отсеченную от него наклонной плоскостью, при этом с ее внутренней стороны жестко закреплена вертикально расположенная перемычка в виде пластины. Но данный щит позволяет только смягчить удар, который передается на котел, что недопустимо при перевозке некоторых видов опасных грузов. Вместе с этим, данная перемычка охватывает только центральную часть днища котла, оставляя крайние части наиболее уязвимыми.

Наиболее близким техническим решением является конструкция защитного устройства [пат. FR №2766443, B 61 D 5/00, 15/06, опубл. 29.01.99, бюл. 99/04], содержащего ударный и силовой (клиновидный) щиты, разделенные гофрированной опорой, воспринимающей нагрузку от ударного щита, часть которой гасится, а часть передается на силовой щит.

Данная конструкция выбрана в качестве прототипа.

Недостатком этой конструкции является сложность в изготовлении и установке защитного устройства, а также его объем, занимающий значительную долю концевой части платформы, что ограничивает количество устанавливаемых типов котлов, имеющих различную конструкцию и диаметр.

Вместе с этим конструкция всего защитного устройства установлена только на верхнем листе концевой балки рамы вагона-цистерны, что обеспечивает восприятие крутящего момента, возникающего от приложения ударной нагрузки на щит, соединением (обычно сварочным швом) верхнего листа концевой балки с вертикальным листом и хребтовой балкой, что увеличивает вероятность отрыва щита вместе с верхним листом концевой балки рамы вагона-цистерны.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание конструкции защитного устройства (щита), обладающего простотой в изготовлении, надежностью крепления и прочностью, достаточной для восприятия ударных нагрузок от автосцепного устройства соседнего вагона при аварийных ситуациях, а также обеспечение установки котлов различных типов и диаметров.

Поставленная задача решается следующим образом.

Для обеспечения удара о днище котла плоскостью щита, при его отрыве, а не кромками ребер, вертикальные и горизонтальные ребра расположены с наружной стороны щита со стороны автосцепки, а для предотвращения отрыва всей конструкции щита вместе с верхним листом концевой балки рамы, крайние вертикальные ребра щита закреплены на лобовом листе концевой балки, что вместе с закрепленными на верхнем горизонтальном листе и плоскости щита со стороны днищ вертикальными ребрами переменного сечения создает конструкцию щита, надежно закрепленную на концевой балке рамы вагона-цистерны. Также все вертикальные и горизонтальные ребра, установленные с наружной стороны щита, выполнены корытообразного сечения (например, из швеллера) и закреплены на плоскости щита так, что вместе с ним образуют замкнутый контур, что значительно увеличивает жесткость щита по сравнению с аналогами. Между горизонтальными ребрами, в средней части щита, установлена полустойка, позволяющая распределить нагрузку от удара автосцепки соседнего вагона на большую плоскость защитного устройства. При этом высота полустойки, а значит и расстояние между горизонтальными ребрами, меньше высоты малого зуба головки автосцепки для исключения вероятности восприятия удара плоскостью щита, расположенной между горизонтальными ребрами. Вместе с этим поверхности вертикальных и горизонтальных ребер и полустойки, параллельные плоскости щита, соединены между собой одной или двумя пластинами, тем самым образуя вторую добавочную плоскость щита, в месте наиболее вероятного попадания автосцепки соседнего вагона. Для дополнительного усиления щита и увеличения добавочной плоскости щита между вертикальными ребрами и добавочной плоскости щита между вертикальными ребрами и нижним горизонтальным ребром установлены косынки при помощи пластин.

Щит закреплен на концевой части рамы вагона на вертикальном лобовом листе концевой балки крайними вертикальными ребрами, а на верхнем горизонтальном листе концевой балки - вертикальными ребрами переменного сечения, установленными по краям щита с внутренней стороны (со стороны котла) и выполненными из попарно установленных листов, соединенных своими свободными гранями посредством пластин. Для точной установки и надежной фиксации, при помощи минимального количества приспособлений, между опорными поверхностями вертикальных ребер, установленных с наружной стороны щита и опорными поверхностями вертикальных ребер переменного сечения, установленных со стороны котла, образован угол, соразмерный прямому углу.

Для усиления концевой балки, в зонах крепления защитного устройства установлены усиливающие элементы, дополнительно связывающие между собой вертикальный лобовой и верхний горизонтальный листы (в случае установки коробчатого элемента), а при установке элемента балочного типа, дополнительно связывает концевую балку со шкворневой балкой рамы вагона.

В зависимости от пожеланий заказчика, для возможности съемной установки щита, на вертикальном лобовом и верхнем горизонтальном листах могут быть установлены карманы, конгруэнтные профилю крайних вертикальных ребер и вертикальных ребер переменного сечения, позволяющие снимать и устанавливать защитное устройство без применения сварочных и газорезочных работ при ремонте цистерны.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что защитное устройство котла вагона-цистерны, выполненное в виде щита с вертикальными и горизонтальными ребрами, расположенными с наружной стороны щита (со стороны автосцепки), установленного на концевой части рамы вагона-цистерны, закреплено с помощью крайних вертикальных ребер на вертикальном лобовом листе концевой балки рамы вагона-цистерны. При этом все вертикальные и горизонтальные ребра, установленные с наружной стороны щита, выполнены из профиля корытообразного сечения, и каждое из них установлено на плоскости щита так, что вместе с ней образует замкнутый контур. Дополнительно между горизонтальными ребрами установлена полустойка корытообразного сечения, жестко соединенная с ними и плоскостью щита, а высота полустойки меньше высоты головки автосцепки. Вместе с этим поверхности вертикальных и горизонтальных корытообразных ребер и полустойки, параллельные плоскости щита, соединены между собой, по меньшей мере, одной пластиной, а между вертикальными ребрами и нижним горизонтальным ребром установлены косынки так, что при соединении их с плоскостью щита посредством пластин они образуют замкнутый контур. С внутренней стороны щита (со стороны котла) установлены вертикальные ребра переменного сечения, выполненные из попарно установленных листов, соединенных своими свободными гранями при помощи пластин и прикрепленных к верхнему горизонтальному листу концевой балки рамы. При этом между опорными поверхностями вертикальных ребер, установленных с внутренней и наружной сторон щита, образован угол, соразмерный прямому углу. Во внутренней полости концевой балки рамы вагона-цистерны, между ее вертикальным лобовым и верхним горизонтальным листами, в местах установки вертикальных ребер щита установлены усиливающие элементы. Для возможности выполнения защитного устройства съемным на вертикальном лобовом листе и верхнем горизонтальном листе могут быть установлены карманы, конгруэнтные профилю крайних вертикальных ребер и вертикальных ребер переменного сечения.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами.

Фиг.1 - Общий вид защитного устройства, установленного на концевой части рамы вагона-цистерны (изометрия).

Фиг.2 - Общий вид защитного устройства, установленного на концевой части рамы вагона-цистерны (вид сбоку).

Фиг.3 - Щит (вид спереди).

Фиг.4 - Щит (вид сбоку).

Фиг.5 - Разрез по линии А-А фиг.4.

Фиг.6 - Вариант исполнения фиг.5.

Фиг.7 - Разрез по линии Б-Б фиг.3.

Фиг.8 - Вариант исполнения фиг.7.

Фиг.9 - Вид защитного устройства сзади (изометрия).

Фиг.10 - Вид защитного устройства, установленного на концевой части рамы вагона-цистерны (разрез по месту установки усиливающих элементов фиг.2).

Фиг.11 - Вариант исполнения фиг.10.

Фиг.12 - Вариант съемной установки защитного устройства посредством карманов.

Защитное устройство котла вагона-цистерны установлено на концевой части рамы 1 вагона-цистерны и предназначено для защиты котла 2 от удара автосцепки соседнего вагона (при аварийных ситуациях). Защитное устройство выполнено в виде щита 3, на наружной стороне которого выполнены вертикальные 4 и горизонтальные 5 ребра. Крайние вертикальные ребра 4 закреплены на вертикальном лобовом листе 6 концевой балки рамы 1 вагона-цистерны. Все ребра, установленные с наружной стороны щита, имеют корытообразное сечение и установлены на плоскости щита так, что вместе с ней образуют замкнутый контур. Между горизонтальными ребрами 5 установлена полустойка 7, высота которой меньше высоты малого зуба головки автосцепки. Поверхности 8 крайних вертикальных 4 и горизонтальных 5 ребер, а также полустойки 7, параллельные плоскости щита 3, соединены между собой пластиной 9. Вместе с этим между крайними вертикальными ребрами 4 и нижним горизонтальным ребром 5 установлены косынки 10, соединеные с плоскостью щита с помощью пластин 11.

Вертикальные ребра переменного сечения 12, расположенные с внутренней стороны щита 3, выполнены из двух параллельно расположенных листов 13 и 14, соединенных своими свободными гранями через пластину 15. При этом вертикальные ребра 12 жестко закреплены на верхнем горизонтальном листе 16 концевой балки рамы 1 вагона-цистерны и своими опорными поверхностями 17, вместе с опорными поверхностями 18 вертикальных ребер 4, образуют угол, соразмерный прямому углу.

Во внутренней полости концевой балки рамы 1 вагона-цистерны в местах установки вертикальных ребер 4 и 12 выполнены усиливающие элементы в виде коробки 20, соединяющей вертикальный лобовой лист 6 и верхний горизонтальный лист 16, или в виде балки 21, соединяющей концевую балку со шкворневой балкой 22.

Для обеспечения быстрого снятия щита при ремонте, в зависимости от пожелания заказчиков, на вертикальном лобовом 6 и верхнем горизонтальном 16 листах концевой балки рамы 1 вагона-цистерны могут быть установлены карманы 23 и 24, конгруэнтные профилю крайних вертикальных ребер 4 и вертикальных ребер переменного сечения 12 соответственно.

Технический результат от использования заявляемой конструкции заключается в том, что создано защитное устройство, обладающее повышенной надежностью, что уменьшает вероятность повреждения котла от удара автосцепки соседнего вагона при аварийных ситуациях. Вместе с этим защитное устройство при установке занимает меньше места на концевой части рамы вагона-цистерны по сравнению с аналогами, что позволяет устанавливать большее количество котлов, различных типов, на одну, серийно изготавливаемую платформу, что снижает экономические расходы на изготовление, эксплуатацию и ремонт единицы подвижного состава. А возможность быстросъемной установки защитных устройств позволяет облегчить их ремонт и обеспечить унификацию используемых платформ для установки котлов, требующих установку защитных устройств.

В настоящее время на заявляемую конструкцию защитного устройства разработана конструкторская документация, изготовлены опытные образцы, которые подвергаются всесторонним испытаниям.