Конструкция совершенствование конструкции котлов цистерны реферат

Обновлено: 05.07.2024

В зависимости от вида перевозимых грузов вагоны-цистерны подразделяются на цистерны общего назначения и специальные. К цистернам общего назначения относятся цистерны для перевозки широкой номенклатуры жидких нефтепродуктов, не требующих подогрева при наливе и сливе в диапазоне климатических изменений температуры груза. Цистерны общего назначения составляют основную часть парка вагонов-цистерн.

Для каждого типа цистерны заводом-изготовителем в составе технической документации разрабатывается инструкция по эксплуатации, сливу и наливу перевозимого продукта, о конструктивные особенности конкретной модели.

Котел представляет собой цилиндрическую емкость сварной конструкции, состоящую из обечаек и эллиптических днищ, подкрепленную шпангоутами для повышения несущей способности и жесткости цилиндрической оболочки.Цилиндрическая часть котла с внутренним диаметром 3000мм составлена из 2-х половин, сваренных встык. Преимуществом стыковых швов по сравнению с применявшимися ранее нахлесточными соединениями являются: отсутствие дополнительных напряжений в зоне швов, обусловленных местным изгибом оболочки; большая вибрационная и ударная прочность швов; лучшие условия контроля за качеством шва (просвечивание рентгеном, гамма-лучами и.т.п.); меньшая масса котла.

Повышение прочности и устойчивости оболочки котла при малой его массе достигается подкреплением кольцевыми шпангоутами 7 и 8, расположенными в средней и опорных частях котла (рис.1). Эти шпангоуты, имеющие Ω-образную форму поперечного сечения, приварены к стенкам котла, отличающимися от неподкрепленных конструкций меньшей толщиной. В подкрепленных таким образом цистернах существенно снижены напряжения в загруженных зонах, повышена устойчивость котла при вакууме , иногда возникающем при сливе и пропарке цистерн, а также увеличивается жесткость и частота собственных колебаний оболочки, что затрудняет возникновение резонанса колебаний.

Для обеспечения полного слива груза предусмотрены уклоны к сливным приборам. Эти уклоны создаются выштамповкой броневого листа на глубину 20-30мм. Котел оборудован двумя сливными приборами 6 и двумя колпаками с крышками 4,что позволяет ускорить операции налива и слива груза и обеспечить лучшие условия труда при очистке котла. Внутри горловин размещены по 2 сегментные планки: верхняя для контроля предельного уровня налива и нижняя для принятия мер к замедлению налива котла.

Колпаки цистерны имеют малые размеры. При наливе груза часть объема котла (2%) остается незаполненной для обеспечения температурного расширения груза.

рис 1

Сложным и ответственным узлом безрамной цистерны является опора котла (рис 3), поскольку через нее передаются основные нагрузки на котел и от котла на тележку. Опора, одновременно являющаяся консольной частью рамы, имеет мощные хребтовую 1 и шкворневую 8, облегченные концевую 10 и боковые 9 балки. На хребтовой и концевой балках размещены части автосцепного устройства, а на шкворневой – опоры кузова (пятник 14 и скользуны 17). Шкворневая балка имеет верхний лист 12, нижний 11, вертикальные листы 13, ребра 18 и 19, концевые части 20; к одной из таких частей прикреплена табличка 5 завода – изготовителя. На пересечении хребтовой и шкворневой балок размещено надпятниковое усиление 15. К шкворневой и хребтовой балкам приварены подкрепленный ребрами 21 и 16 опорный лист 22 толщиной 12мм, являющийся непосредственной опорой котла, а также опорные накладки 4 и 6, расположенные с двух сторон от шкворневого узла. Хребтовая балка связана с опорными накладками лапами 3 и 7, которые перед сваркой узла могут перемещаться вдоль хребтовой балки в зависимости от конкретных зазоров между опорой и котлом. Такая конструкция обеспечивает существенное снижение технологических напряжений. Применение опорных упрощенных элементов вместо прежних опорных конструкций стало возможным в результате подкрепления котла кольцевыми шпангоутами 23. осуществленное в данной конструкции дополнительное соединение 2 концевых участков котла с хребтовой балкой повышает ее сопротивление большим продольным усилиям, возникающим при соударении вагонов. Основные части котла и опор изготовлены из низколегированной стали марки 09Г2С(ГОСТ 5520 – 79). Восьмиосной цистерне присвоен государственный знак качества.

Перевозка различных нефтепродуктов а цистернах общего назначения связана со значительными трудностями их выгрузки из котлов. Для облегчения слива таких грузов созданы цистерны с наружной подогревательной рубашкой (кожухом).

Рубашка 1 (рис 4) расположена в нижней части котла. Она образуется стенками котлаи наружным листом, которые связаны между собой каркасом из углового проката. Для пологрева груза подается пар в рубашку через штуцер кожуха сливного прибора 2, а выход пара или конденсата происходит через два патрубка, расположенных по концам котла. Сливной прибор цистерны вместо резинового уплотнительного кольца клапана имеет медное кольцо, что обусловлено высокой температурой наливаемого в котел груза и большой его вязкостью.

Унифицированные узлы и элементы нефтебензиновых цистерн включают люк-лаз для загрузки продукта и технического обслуживания и доступа внутрь котла, сливной прибор для слива груза, предохранительный клапан для ограничения избыточного давления в котле при повышении температуры груза и предохранительно-выпускной клапан для защиты котла от вакуума при охлаждении груза и конденсации его паров. В настоящее время цистерны выпускаются с предохранительно-выпускным клапаном, в конструкции которого объединены предохранительный клапан избыточного давления и предохранительно-выпускной (вакуумный) клапан. Нижний лист котла цистерны имеет уклон к сливному прибору для обеспечения полного слива продукта. Восьмиосные цистерны имеют по два люка-лаза, сливных прибора и предохранительно-выпускных клапана.При нахождении цистерны в эксплуатации на путях МПС люк-лаз всегда должен быть опломбирован. Пломбирование крышки люка производится перед каждым выходом цистерны на пути МПС как в груженом, так и в порожнем состояниях.

Достоинствами таких цистерн являются: значительное сокращение времени слива; устранение обводнения груза, происходящего при разогреве подводимым к нему острым паром; уменьшение расхода пара. К недостаткам можно отнести увеличение тары (на 1т), вызванное устройством рубашки, которая используется только при сливе высоковязких грузов.

В конструкции цистерн используются типовые узлы автосцепного устройства,

автотормозного оборудования и ходовые части.

УСТРОЙСТВО ХОДОВЫХ ЧАСТЕЙ

В ходовых частях восьмиосных цистерн - четырехосные тележки 1(рис 5)

типа ЦНИИ-ХЗ-О, связанных соединительной балкой 2. Эта балка снизу по концам имеет пятники и скользуны, которымиона опирается на подпятники и скользуны надрессорных балокдвухосных тележек. Сверху в средней части соединительной балки расположены подпятник диаметром 450мм, на который опирается пятник рамы кузова, и скользуны, поддерживающие кузов при действии боковых сил.

Центральный подпятник четырехосной тележки имеет длинный шкворень, а крайние пятники центрируются короткими шкворнями с буртом в средней части, который препятствует выходу конца шкворня за пределы верхней плоскости соединительной балки.

Сложность формы соединительной балки тележки обусловлена необходимостью воспринятия больших вертикальных нагрузок и стесненными габаритами размещения. Нижнее очертание балки сделано таким, чтобы обеспечивались над осями внутренних колесных пар тележки зазоры 120мм, которые требуются на случай полного сжатия пружин рессорных комплектов , допустимой разности диаметров колес и неблагоприятного совпадения допусков на изготовление. Верхнее очертание балки обусловлено стремлением уменьшить эксцентриситет между продольными осями хребтовой балки и автосцепки, а также обеспечить зазоры, необходимые для безопасного прохода вагоном сортировочной горки.

База тележки, равная расстоянию между центрами подпятников двухосных тележек, составляет 3.2 м и является оптимальной по условиям воздействия восьмиосных вагонов на железнодорожный путь при минимальной массе соединительной балки.

УСТРОЙСТВО АВТОСЦЕПКИ

Восьмиосные цистерны оборудуются усиленной полужесткой автосцепкой СА-3 (рис 6) с ограничителем вертикальных перемещений и поглощающим аппаратом Ш-2-Т с ходом 105мм. Такая автосцепка подобна нежесткой, но отличается устройством центрирующих приборов и концевых шарниров, позволяющих корпусам свободно поворачиваться и в вертикальной плоскости, а также наличием деталей, ограничивающих возможность выхода из зацепления сцепленных автосцепок при их относительных смещениях в вертикальной плоскости. Корпус автосцепки СА – 3 предназначен для передачи ударнотяговых усилий упряжному устройству и для размещения механизма. Корпус представляет собой стальную полую отливку, которая состоит из головной части и хвостовика. Головная часть имеет большой 1 и малый 4 зубья, которые соединяясь образуют зев. Из зева выступают части деталей механизма – замка 3 и замкодержателя 2. Головная часть корпуса имеет упор 5 для передачи сжимающего усилия на раму кузова через розетку, укрепленную на концевой балке. В хвостовике корпуса есть отверстие 6 для клина, соединяющего корпус с тяговым хомутом упряжного устройства.Торец выполнен цилиндрическим для облегчения горизонтального перемещения корпуса.

УСТРОЙСТВО АВТОТОРМОЗОВ

Тормозное оборудование грузовых вагонов обеспечивает накопление и пропуск

сжатого воздуха, подаваемого от локомотива, а также восприятие, реализацию и

передачу (трансляцию) сигналов управления процессами торможения и отпуска,

поступающих по тормозной магистрали (ТМ).

Тормозное оборудование состоит из магистрального воздухопровода, сообщенного через тройник и разобщительный кран подводящей трубой диаметром , или соединительным рукавом с двухкамерным резервуаром. Последний связан трубами диаметром с запасным резервуаром, установленным на одной из тележек вагона и сообщенным с тормозным цилиндром. На двухкамерный резервуар устанавливаются главная и магистральная части.Накопленный опыт по проектированию восьмиосных цистерн для перспективных условий эксплуатации позволил сформулировать следующие технические требования для тормозной системы восьмиосных вагонов:

1) тормозная система должна удовлетворять действующим нормативам МПС;

2) механическая часть тормозной системы может иметь несколько отдельных рычажных передач, кинетически не связанных между собой, а КПД отдельной рычажной передачи должен быть не менее 0,9;

3) рычажная передача тормоза должна размещаться на различных типах магистральных вагонов, то есть быть унифицированной;

4) структура рычажной передачи механизма тормоза должна соответствовать требуемой подвижности звеньев и исключать избыточные связи и излишнюю многозвенность;

5) отвод тормозных колодок от колеса в отпущенном состоянии тормоза должен быть полным, а при наличии специального механизма отвода колодок, последний не должен ухудшать кинематику и изменять силовые характеристики рычажной передачи;

6) между элементами рычажной передачи и осями колесных пар должен быть обеспечен гарантированный зазор, исключающий их взаимодействие.

МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ДЕФОРМАЦИЙ И НАПРЯЖЕНИЯ. ЗАКОН ГУКА.

В целях определения напряжений в деталях вагона используется несколько

методов, но чаще всего – тензометрический метод, состоящий в замере малых деформаций в отдельных точках изделия и последующем переходе от них к напряжениям с использованием закона Гука : Напряжение, возникающее вметалле, прямопропорционально деформации (в пределах упругой деформации металла, т.е до пластической деформации)

[σ]- напряжение в металле

[Е]- модуль упругости данного металла

Тензометрический метод : для замера относительного удлинения на поверхности телса намечают отрезок, куда наклеивается тензодатчик, который деформируется вместе с металлом при приложении какой-либо нагрузки.

Метод лаковых покрытий : перед испытанием изучаемая поверхность детали покрывается слоем специального хрупкого лака (например канифольно елулоидного). Лак наносится плоской кистью или погружением детали в сосуд с лаком. После просушки деталь подвергается испытанию. Основным результатом является картина трещин в лаковом покрытии, деформирующемся вместе с деталью. Важна также последовательность их появления с ростом нагрузки. Применяют 2 метода получения трещин: при нагружении детали и при разгрузке.

Метод поляризационно – оптический : основан на том, что некоторые прозрачныематериалы при деформации становятся анизотропными, в деформационном состоянии они приобретают свойство лучепреломления. Такие материалы называют оптически-активными. Модель помещают в оптическую установку, где она просвечивается пучком света. При нагружении модели на экране появляется ее изображение, покрытое системой полос, анализ которых дает возможность изучить распределение напряжений в модели.

Содержание

Введение
1. Классификация и конструкция цистерн
2. Техническая характеристика цистерн
3. Правила и условия эксплуатации
Заключение
Список используемой литературы

Прикрепленные файлы: 1 файл

подвижной состав.doc

1. Классификация и конструкция цистерн

2. Техническая характеристика цистерн

3. Правила и условия эксплуатации

Список используемой литературы

Вагоны — самая многочисленная часть подвижного состава на железных дорогах. Правила технической эксплуатации предъявляют определенные требования к этому подвижному составу, направленные на обеспечение его безотказной работы в эксплуатации.

В данной работе будет рассмотрена конструкция и техническая характеристика вагонов-цистерн.

1. Классификация и конструкция цистерн

Железнодорожные цистерны предназначены для перевозки различных по своим свойствам грузов. Это обусловливает существенное различие их как по конструкции, так по отдельным узлам и элементам. Цистерна (рис. 1.1) состоит из следующих основных частей: рамы 7, ходовой части 6, ударно-тяговых приборов 5, тормозного оборудования 8, котла 4, внутренней 3 и наружной 10 лестниц, крепления котла на раме У, устройств загрузки и выгрузки 5, предохранительной арматуры 2. Цистерна может быть оборудована дополнительно устройством разогрева груза, термоизоляцией и теневой защитой. Возможно в цистернах разное сочетание составных частей, а в свою очередь каждая из этих цистерн может иметь конструктивное различное исполнение.

В связи с этим цистерны можно классифицировать по следующим признакам.

По назначению: для наливных грузов; для сжиженных; для вязких; для скоропортящихся; для затвердевающих; для порошкообразных.
По наличию устройств у котла: без дополнительных устройств; с теневой защитой; с трубчатыми змеевиками подогрева; с подогревательным кожухом; с термоизоляцией; с термоизоляцией и подогревательным кожухом; с термоизоляцией и трубчатыми электронагревателями; с термоизоляцией и трубчатыми змеевиками подогревас устройством аэропневмовыгрузки.
По конструкции несущих элементов: рамной или безрамной.
По способу загрузки груза: открытый, закрытый.
По способу выгрузки: под давлением (передавливанием, сифонированием, аэропневматический — нижний и верхний); без давления (самотеком).

Рис. 1.1. Цистерна для перевозки бензина и светлых нефтепродуктов

6. По состоянию груза при движении: цистерны без давления; под давлением.

7. По способу разогрева груза в котле: пароподогревнаружный (кожух,змеевики),внутренний (змеевики) электроподогрев (электронагреватели).

8. По поддержанию температурного режима груза: с термоизоляцией; без термоизоляции.

11. По принадлежности: парк МПС; парк промышленного транспорта.

У рамной конструкции котёл с устройствами устанавливается на платформу, включающую раму, тормозное и автосцепное оборудование и ходовую часть. У четырёхосных цистерн с расстоянием между осями сцепления автосцепок 12 020 мм и базой 7800 мм котёл устанавливается на типовую платформу (рис. 1.2), которая состоит из рамы 3 сварной конструкции, автоматического 2 и стояночного 4 тормозов, автоматических ударно-тяговых приборов 5 и ходовой части 1. Детали и узлы платформы выполняются из низколегированных и литейных сталей повышенного качества.

Параметры платформ, соответствующие требованиям, предъявляемым к подвижному составу, обращающемуся по всей сети железных дорог России, приведены ниже.

Грузоподъёмность, т 74

Масса тары, т 14,0

Высота оси автосцепки, мм. 1040—1080

Тип тормоза Автотормоз

Длина по осям сцепления авто-сцепок, мм 12020

Ширина колеи, мм. 1520(1524)

Ширина платформы, мм.. 3000
Конструкционная скорость, км/ч120

Рама платформы служит для восприятия тяговых усилий, ударов в автосцепку, а также инерционных сил котла, возникающих при изменении скорости движения.

Она представляет собой сварную конструкцию, состоящую из двух шкворневых и хребтовой балок. Крепится котёл к раме посредством лапы и опор, располагаемых на шкворневых балках (см. рис. 1.2).

Ударно-тяговые приборы платформы включают в себя автосцепку типа СА-3, поглощающий аппарат типа Ш2В-90, тяговый хомут, клин хомута, крепление тягового хомута, балочку центрирующую с двумя маятниками, расцепной рычаг, укреплённый на лобовом листе рамы с помощью кронштейна и державки расцепного рычага. С 1988 г. цистерны для сжиженных газов оборудуют новым поглощающим аппаратом повышенной энергоёмкости ПМК-110А.

Рис. 1.2. Типовая платформа для четырехосных цистерн

Для осмотра узлов внутренней поверхности котла на нём у большинства цистерн установлена внутренняя лестница. В верхней части она крепится к обечайке люка, а в нижней вставляется в специальные ограничители. Внутренними лестницами не оборудуются цистерны для перевозки токсичных грузов.

Наружная лестница состоит из ступенек, площадок, выполненных из рифлёного листа, поручней, лестниц. На цистернах встречается различное конструктивное исполнение наружных лестниц.

Крепление котла на раме

У цистерн рамной конструкции для предотвращения смещения котла из-за продольных усилий он крепится к раме в средней части специальными болтами, запрессованными в лапы рамы и лапы котла. Крепление концевых частей котла, лежащих на деревянных брусках, прикрепленных к желобам опор шкворневых балок рамы, осуществляется четырьмя хомутами с муфтами и стяжными болтами. Затягивают хомуты муфтой, соединяющей их наконечники со стяжным болтом, имеющим левую резьбу. В последние годы на ряде цистерн установлены два хомута с тарельчатыми пружинами.

У цистерн безрамной конструкции котёл соединяется с балкой четырёхосной тележки посредством опоры, которая опирается на тележку пятниками и скользунами, а с котлом она соединяется при помощи рёбер, лап, косынок. Опора предназначается для восприятия действующих нагрузок и передачи их на котёл и тележку. Внутри хребтовой балки установлены передний и задний упоры, между которыми монтируются автосцепные устройства.

Котлы цистерн различаются по конструкции, линейными параметрами, подсоединительными элементами различных устройств и материалом. По конструкции они бывают: бессекционные, секционные, бункерного типа. На большинстве цистерн устанавливается бессекционный котёл, который состоит из цилиндрической части двух днищ. Цилиндрическая часть котла составлена из продольно расположенных листов: нижний – броневой лист – имеет большую толщину, чем верхние, обычно равную толщине днища. Днища котла эллиптической формы с соотношением высоты выпуклой части к диаметру, равным 0,2; они привариваются к цилиндрической части котла стыковыми швами. Таким же способом соединены между собой листы цилиндрической части. Преимущество стыковогошвапо сравнению с нахлесточным в отсутствии дополнительных напряжений в зоне швов, обусловленных местным изгибомоболочки, создание лучших условий контроля за качеством швов.

На цистернах безрамной конструкции установлены котлы,включающие обечайку, днище и отличающиеся от котлов рамных конструкций усиливающими шпангоутамии опорными листами.

Бессекционные котлы устанавливаются на всех цистернах, кроме цистерн для перевозки молока, поливинилхлорида и цемента модели 15-854.

Котел цистерны для перевозки молока модели 15-886 — это цилиндрическая емкость сварной конструкции, состоящая из обечайки / и двух эллиптических днищ. Внутри котел разделен на три изолированные секции, соединенные между собой эллиптическими перегородками.

Котел цистерны для перевозки поливинилхлорида модели 15-1498 выполнен из двух цилиндрических секций, сваренных под углом 6° к горизонтальной плоскости.

Котел бункерного типа цистерны для перевозки цемента модели 15-854 представляет собой в верхней части половину цилиндрической емкости, а в нижнюю часть вварены три бункера. Бункера конусообразной формы имеют центральный угол, равный 80°.

Котлы цистерн в зависимости от назначения изготовлены из различных материалов:

углеродистой стали по ГОСТ 380— 88, марка ВСТ3сп5;

низколегированной стали по ГОСТ 19281—89, ГОСТ 5520—79, марок 09Г2Д-12, 09Г2С-12, 09Г2-12, 09Г2С, 10Г2С1Д; двухслойной стали по ГОСТ10885—85, марок ВСТЗсп5 + 12Х18Н10Т, ВСТЗсп2 + 12Х18Н10Т, 20К + 10Х17Н13М2Т, 09Г2 + 12Х18Н10Т;

коррозионностойкой стали по ГОСТ 5632—72; марок 12Х18Н10Т; 08Х22Н6Т; 08Х18Н10Т;

алюминиевого сплава по ГОСТ 4784—74, марок АДО, АД-1.

У некоторых цистерн внутренняя поверхность котлов покрыта тонким слоем защитного материала: у цистерн для соляной кислоты моделей 15-1403, 15-1554 и 15-1614 и суперфосфорной кислоты модели 15-889 — резиной, для фенола моделей 15-898, 15-1603 — цинком толщиной 0,1—0,15 мм.

Грузы в котлы цистерн загружаются различными способами, что определяется в основном свойствами груза, его токсичностью и агрессивностью. Для загрузки необходимо специальное оборудование, часть которого располагается на пунктах загрузки, а другая — на самом котле. Специальными элементами для загрузки не оборудованыкотлы у цистерн для бензина и светлых нефтепродуктов, спирта, патоки, вязких нефтепродуктов, фенола, виноматериалов, цемента. Цистерны для кальцинированной соды и поливинилхлорида имеют загрузочные люки.

Патрубками с заглушками для груза и газа оборудованы цистерны для улучшенной серной кислоты, соляной и серной кислот, желтого фосфора, олеума, серы.

Патрубком с заглушкой для груза и патрубком с вентилем для газа оборудованы цистерны для слабой азотной и уксусной кислот, молока, жидкого пека.

Патрубки с вентилями для груза и газаустановлены на цистернах для метанола, этиловой жидкости, плодоовощных соков, капролактама, пасты сульфонала.

Цистерны для ацетальдегида и сжиженных газов — аммиака, углеводородных газов, пропана и пентана — оборудованы двумя патрубками для груза и одним для газа с вентилями. По два патрубка для груза и газаимеет цистерна для хлора.

Для загрузки жидких грузов может быть использован и сливной прибор. Это относится к цистернам для бензина, светлых нефтепродуктов, спирта, патоки, вязких нефтепродуктов, фенола, виноматериалов, молока, соков, пасты сульфонала, суперфосфорной кислоты.

Выгрузка груза из котла цистерны может осуществляться в зависимости от свойств материала и условий разгрузки под давлением (передавливанием, сифонированием, аэропневматическим) и без давления (самотеком через сливной прибор). Пункты разгрузки в зависимости от технологии выгрузки оснащаются соответствующим оборудованием, а на котлах цистерн устанавливается некоторая часть элементов принятой схемы выгрузки груза.Сливными приборами оборудованы все цистерны для бензина, светлых и вязких нефтепродуктов, спирта, фенола, виноматериалов, патоки, молока, плодоовощных соков, пасты сульфонола, суперфосфорной кислот, а также цистерны с устройствами аэропневмовыгрузки. Сливные приборы располагаются в нижней части котла и имеют различные варианты исполнения.

На рис. 1.13 изображен сливной прибор с верхним управлением. Таким прибором оборудованы все цистерны для бензина и светлых нефтепродуктов, спирта, патоки, фенола, вязких нефтепродуктов. Слив производится через патрубок, приваренный к седлу клапана Прибор состоит из штанг клапана, крышки с запорным устройством 6 и воротка. Открытие и закрытие клапана осуществляются вращением воротка, соединенного со штангой .В нерабочем положении вороток должен быть опущен в горловину люка-лаза. Перед сливом крышка с запорным устройством должна быть отведена в сторону и подвешена на крючке. Прибор имеет патрубок для подачи пара игорячей воды в полость для разогрева груза в приборе.

Котел включает цилиндрическую обечайку, сваренную из продольных листов (верхние толщиной 9 мм. нижние 11 мм) и два днища эллиптической формы (11 мм). Рядом с люком установлен предохранительно-впускной клапан, отрегулированный на избыточное давление 0,15 МПа и вакуум 0,01—0,03 МПа. Котел оборудован сливным прибором, расположенным в середине котла. В зимнее время он может обогреваться паром. Для обеспечения полного слива продукта нижний лист котла имеет уклон 25—30 мм к сливному прибору. Сливной прибор допускает также нижний налив продукта при помощи насоса. Для удобства обслуживания цистерны имеют двустороннюю наружную лестницу с площадками около люка. Она имеет откидную ступеньку, установленную на котле, которая в нерабочем положении (при движении цистерны) находится в откинутом состоянии для обеспечения вписывания цистерны в габарит подвижного состава 02-ВМ. Внутренняя лестница служит для спуска вовнутрь котла через люк.

Конструкция рамы

Рама цистерны состоит из: хребтовой, двух шкворневых, двух поперечных и двух концевых балок. Рама цистерны усилена за счет введения поперечных балок из швеллеров № 16 (рисунок 9).

1–концевая балка; 2–шкворневая балка; 3–боковая балка; 4–промежуточная балка; 5–хребтовая балка;

Рисунок 9 – Рама цистерны

Рисунок 8 – Сечение поперечной балки

Швеллера боковых продольных балок на длине 500мм от концевых балок закрыты с внешней стороны листами, образуя замкнутую коробку. Концевые балки рамы усилены. Они выполнены из листов толщиной 8 мм и имеют посадочные места под буферные стаканы, которые рассчитаны на нагрузку 40 тс. Зоны буферных стаканов подкреплены ребрами и накладками . Хребтовая балка выполнена из усиленного зетового профиля 31У ГОСТ 5267.3. Шкворневые балки замкнутого коробчатого сечения переменной высоты по длине. Кронштейны для запасного резервуара тормоза, для воздухораспределителя и тормозного цилиндра выполнены из стандартных горячекатаных профилей (уголков, швеллеров).

Рисунок 11 – Сечение боковой балки

Узлы опирания и крепления котла

Рисунок 10 – Крепление котла в средней части рамы
Крепление концевых частей котла, лежащих на деревянных брусках 3, прикрепленных к желобам опор шкворневых балок рамы, осуществляется двумя хомутами с тарельчатыми пружинами и стяжными болтами (рисунок 11 ).

1–стяжной хомут; 2–вертикальные листы; 3–тарельчатые пружины; 4–гайка; 5–диафрагма; 6–швеллер.

Рисунок 11 – Опоры под лежни

4.4 Внутреннее и наружное оборудование вагона

В верхней части котла расположен люк-лаз, герметично закрываемый ригельной крышкой. Так же присутствует предохранительно - впускной клапан.

Налив продукта – верхний, слив – нижний.

В горловине люка размещены привод основного затвора сливного прибора и указатель предельного уровня наполнения котла.

Цистерна оборудована автоматическим и ручным стояночным тормозом. Для удобства обслуживания на цистерне имеется две наружные лестницы с площадками возле люка.

1 – колесная пара; 2 – боковая рама; 3 – клиновой гаситель колебаний; 4 – букса; 5 – шкворень; 6 – надрессорная балка; 7 – рессорный комплект; 8 – рычажная передача тормоза; 9 – вертикальный скольун.

Тележка рассчитана на конструкционную скорость движения 120 км/ч, состоит из двух колесных пар с четырьмя буксовыми узлами, двух литых боковых рам, надрессорной балки, двух комплектов центрального подвешивания.

Автосцепное оборудование вагона состоит из автосцепки, тягового хомута, поглощающего аппарата, упорных угольников, упорной плиты, розетки с центрирующим механизмом и других деталей. Центрирующий механизм розетки имеет маятниковое устройство, состоящее из балочки и двух подвесок. Служит оно для возвращения автосцепки в центральное положение при ее поперечных смещениях, чем облегчается сцепление вагонов.

Автосцепка. Она служит для автоматического соединения вагонов и передачи тягового усилия прицепному вагону. Вагоны оборудуются автосцепкой С.А-3 (советская автосцепка, третий вариант), допускающей взаимное вертикальное перемещение в пути следования и сцепление при разнице в высоте вагонов над головками рельсов до 100 мм.

Вагон модели 15-150, оборудован автоматической сцепкой СА-3 не жесткого типа (советская автосцепка, третий вариант), утвержденной в 1934 г. в качестве типовой (рисунок 13).

1- большой зуб; 2 - замкодержатель; 3 - замок; 4 - малый зуб; 5 - упор;

6- отверстие для клина.

Рисунок 13 –Автосцепка СА-3
Основная часть подвижного состава российских железных дорог оснащена пружинно – фрикционными поглощающими аппаратами шестигранного типа.

1 - штампованный нажимной конус; 2 – гайка; 3 – корпус; 4 – фрикционный клин; 5 – наружная пружина; 6 – внутренняя пружина; 7 – стяжной болт.

Рисунок 14 - Поглощающий аппарат Ш-2-В
Детали аппарата изготавливают из стали марок: пружины – 60С2ХФА (ГОСТ 14959—79); корпус – ЗОГСЛ-Б, или 32Х06Л-У; болт с гайкой – сталь Ст. Зсп5 (ГОСТ 380 – 71).

Шимановский А. О., д. т. н., доц., УО БелГУТ, Тимошенко В. Я., к. т. н., доцент УО БГАТУ, Новиков А. В., к. т. н., доцент УО БГАТУ, Кузнецова М. Г., ассистент, УО БелГУТ,

Кошля Г. И., ассистент УО БГАТУ Аннотация

В статье рассмотрены вопросы безопасности перевозки жидкостей в железнодорожных и автомобильных цистернах и пути совершенствования их конструкций.

The article discusses the safety of transport of liquids in rail and road tankers and how to improve their designs.

Несмотря на постоянное развитие трубопроводного транспорта, более половины объема жидких грузов перевозится железнодорожными и автомобильными цистернами. Вследствие различных физических и химических свойств транспортируемых жидкостей для их перевозки используются различные виды железнодорожных и автомобильных цистерн. Железнодорожные цистерны отличаются от автомобильных большим объемом, так как они проектируются исходя из обеспечения максимально допустимой нагрузки на ось колесной пары. Резервуары автомобильных цистерн предназначены для перевозки грузов на различные расстояния и различным потребителям. В зависимости от конкретных условий, в которых предполагается эксплуатировать автоцистерны, их грузоподъемность может изменяться от 1 до 75 т.

Таблица 1. Виды цистерн

Кроме отмеченных признаков резервуары цистерн различаются:

— по материалу — из обычной стали, свариваемой высокопрочной стали, нержавеющей стали, алюминиевых сплавов, обычной стали с внутренним покрытием эмалью, эбонитом, свинцом, эпоксидной пленкой, полимерными материалами и т. д.;

— по форме — постоянного или переменного сечения, с круглым, эллиптическим, прямоугольным и др. поперечным сечением;

— по наличию перегородок — с одним отсеком, с дополнительным отсеком, с несколькими отсеками, с перегородками (волнорезами);

— по давлению в резервуаре — без избыточного давления и с избыточным давлением.

— по термоизоляционным свойствам — криогенные, термоизолированные, изотермические, обогреваемые паром, горячей водой, электричеством или с самообогревом.

Железнодорожные цистерны отличаются от автомобильных большим объемом, так как они проектируются исходя из обеспечения максимально допустимой нагрузки на ось колесной пары. Резервуары автомобильных цистерн предназначены для перевозки грузов на различные расстояния и различным потребителям. В зависимости от конкретных условий, в которых предполагается эксплуатировать автоцистерны, их грузоподъемность может изменяться от 1 до 75 т.

Немалая часть автоцистерн производится для нужд сельского хозяйства. Тут и перевозка молока, и перевозка химических удобрений и даже нефтепродуктов для сельскохозяйственной техники. Существуют специальные версии автоцистерн, оборудованные более мощным двигателем и более проходимыми колёсами. Всё это облегчает доставку грузов в отдалённые районы. Для повышения эффективности грузоперевозок иногда используют целую колонну автомобильных цистерн, которые в свою очередь оснащены дополнительными цистернами прицепами. Данная схема транспортировки намного выгоднее, чем, если бы одна или две машины доставляли груз в какой либо отдалённый район.

Особенностью жидкостей является их существенное расширение при нагревании, поэтому при погрузке в резервуаре оставляется свободное пространство. Это позволяет избежать разрывов оболочек их котлов, вызванных значительным ростом внутреннего давления при внешних тепловых воздействиях.

Так как различные жидкости расширяются по-разному, то уровень заполнения железнодорожных цистерн зависит от вида перевозимой жидкости [1]. При транспортировке жидкостей, имеющих повышенную плотность, например кислот, жидкого каустика (1,1 м 3 /т), хлорбензола (1,13 м 3 /т), масса цистерны с жидкостью может превысить нормативные пределы грузоподъемности. Поэтому нередко приходится перевозить цистерны, заполненные ниже установленного уровня.

Аналогичные ситуации регулярно возникают в поливочных машинах и автотопливозаправщиках, особенностью рабочего процесса которых является постепенное расходование транспортируемой жидкости в процессе работы.

При транспортировке частично заполненной цистерны возрастает вероятность возникновения опасной ситуации. Колебания жидкого груза внутри резервуара могут приводить к существенному снижению продольной и поперечной устойчивости и управляемости транспортного средства и вести к увеличению нагрузок на конструкцию цистерны. Например, вследствие относительного перемещения жидкости по направлению движения автомобиль, остановившийся на скользкой поверхности перед светофором, может быть вытолкнут силами инерции колеблющегося груза на перекресток. Влияние перемещения жидкости в цистерне на динамику
транспортного средства существенно растет при увеличении веса транспортного средства и его размеров [2].

Встречающиеся при эксплуатации транспортных средств случаи аварий цистерн могут привести к значительному ущербу для окружающей среды, связанному с утечкой перевозимых токсичных грузов. Кроме того, аварии, происходящие при транспортировке опасных грузов, могут приводить к взрывам и пожарам. В 1978 году в Испании произошла авария автоцистерны с полуприцепом, перевозившей пропилен, в результате которой погибло 216 человек. Транспортная авария в 1991 году в Ливорно (Италия) при перевозке бензинолигроиновой фракции привела к гибели 141 человека.

Поскольку в результате аварий, происходящих при эксплуатации подвижного состава, перевозящего жидкие грузы, наносится значительный ущерб подвижному составу и грузам, окружающей среде и здоровью людей, то проблема обеспечения безопасности движения транспортных средств, перевозящих жидкости, весьма актуальна.

Цистерны без устройств для гашения колебаний жидкости отличаются большими перемещениями центра масс груза в резервуаре. Это приводит к значительным продольным гидродинамическим нагрузкам, действующим на днища. С целью снижения этих нагрузок внутри цистерн устанавливают перегородки, как проницаемые, так и непроницаемые [3]. В некоторых случаях для снижения опасности опрокидывания дополнительно устанавливают волнорезы, ограничивающие перемещение жидкости в поперечном направлении. Однако санитарные нормы запрещают использование перегородок в цистернах, предназначенных для перевозки продуктов питания (например, молока) из-за трудностей при очистке внутренней части резервуара. В связи с этим перевозка жидкостей в резервуарах требует специальных навыков водителя, учитывающих специфику динамических свойств автоцистерн. Наибольшей сложностью отличается управление цистернами без перегородок, особенно при разгоне и торможении. Есть свои особенности и при эксплуатации цистерн, разделенных на отсеки. В частности, водитель должен следить за тем, чтобы разность нагрузок, приходящихся на передние и задние колеса транспортного средства, не была очень большой.

Нами предложены новые технические решения, которые позволяют существенно снизить влияние колеблющейся жидкости как на устойчивость движения цистерн, так и на- груженность их конструкций.

Белорусский государственный аграрный технический университет (БГАТУ, г. Минск) является обладателем патента на полезную модель [3], в котором предложено снизить силы инерции жидкостей, возникающих при переходных режимах движения цистерн, путем использования специального устройства, устанавливаемого в резервуаре цистерны (рис.1).

Суть предложения состоит в установке внутри цистерны подвижных перегородок, связанных между собой единым стержнем, выходящим наружу и передающим возникающие силы инерции на платформу через торсионы.

Предложенное устройство работает следующим образом. Силы инерции, которые возникают при изменении скорости движения или трогании с места транспортного средства, перевозящего жидкий груз, залитый через горловину 5 и находящийся в объеме между цилиндрической оболочкой 1, передней 2 и задней 3 стенками, действуют на поперечные перегородки 4, жестко соединенные с продольным стержнем 6, вызывая при этом его перемещение в направлении действия сил. Торсионы 10, верхние концы которых шарнирно соединены с концами 7 и 8 продольного стержня 6 и жестко — с платформой 12 будут воспринимать силы инерции жидкости и передавать их на платформу, обеспечивая тем самым эффективное их гашение, исключая разрушение стенок цилиндрической оболочки 1 и обеспечивая безопасность перевозок.

В Белорусском государственном университете транспорта предложен теоретический подход, позволяющий осуществить оптимизацию конструкций перегородок путем увеличения доли кинетической энергии, переходящей в тепло при перетекании жидкого груза через отверстия перегородки [4]. В качестве прототипа принята перегородка сферической формы с одним отверстием, расположенным в центре перегородки [5]. Недостатком указанного решения является наличие в перегородке только одного отверстия большого диаметра, которое позволяет гасить колебания жидкостей, однако этот процесс происходит недостаточно интенсивно, а отверстие главным образом обеспечивает поддержание одинакового уровня жидкости в отсеках цистерны.

Авторами статьи в патенте на полезную модель [6] пред-

ложено сферическую поперечную перегородку делать перфорированной. На рисунке 2 показан резервуар 1 с установленной внутри него перфорированной перегородкой 2. В перегородке выполнены отверстия 3 одинакового диаметра, равномерно распределенные по площади перегородки.

Рисунок 2. Перегородка резервуара автоцистерны

Таким образом, предложенные конструкции позволяют преобразовать кинетическую энергию транспортируемого жидкого груза в иные виды энергии, что дает возможность более эффективно гасить колебания жидкостей по сравнению с существующими, и, в конечном счете, улучшить устойчивость и управляемость автомобильных цистерн.

Применение цистерн с устройством передачи инерционных сил на платформу позволит избежать аварии, часто встречающиеся при использовании традиционных цистерн.

Предложенные конструкции перегородок значительно снижают колебания жидкости и её кинетическую энергию при торможении и трогании с места.

Перегородки резервуара автоцистерны: пат. 9993 Респ. Беларусь МПК 7 В 60Р 3/22/ М.Г. Кузнецова, А.О. Шимановский; заявитель УО «Белорусский государственный

Журнал "Изобретатель" включен ВАК Республики Беларусь в перечень научных изданий для опубликования результатов диссертационных исследований.

Читайте также: