Конструкции нефтеналивных цистерн.

Восьмиоснаяцистерна(рис. 1) для нефтепродуктов модели 15-1500 строится по габариту 1-Т и имеет безрамную конструкцию. Характеристика цистерны приведена в табл. 1. Котел цистерны состоит из сваренных посе­редине двух цилиндрических обечаек 2. Каждая обечайка выполне­на, из продольных листов — нижнего толщиной 12 мм, боковых и верхних — 9 мм и двух эллиптических днищ 6 толщиной 10 мм. Котел снабжен двумя люками 3 диаметром 570 мм, герметически закрываемыми крышками и оборудованными двумя сегментными планками на разных высотах для контроля предельных уровней за­полнения котла, а также приводом затвора сливного прибора. Для повышения жесткости и прочности котел подкреплен десятью - образными кольцевыми шпангоутами 5, которые приваривают снаружи цилиндрической части котла в середине и над опорами. Для обеспечения полного слива груза предусмотрены уклоны к сливным приборам. Эти уклоны создаются выштамповкой нижне­го (броневого) листа на глубину 20-30 мм. Котел оборудован дву­мя универсальными сливными приборами 7, двумя предохрани­тельно-впускными клапанами 4, наружной 1 и внутренней лестни­цами, площадкой в зоне люка для обслуживающего персонала. На концах котла (рис.2, а) размещены опоры, имеющие хребтовую 2 и шкворневую 3 балки с концевыми и боковыми обрамлениями. Опоры приварены снизу к броневому листу и служат для передачи основных нагрузок на котел и соединительные балки тележек. В зоне опоры нижний лист котла усилен опорными накладками 4 толщиной 12 мм. Котел цистерны приварен к опорному листу 6. В свою очередь опорный лист 6 посредством ребер закреплен на шкворневой балке 3. Кроме того, котел приварен к хребтовым бал­кам 2 при помощи специальных лап 1 и 5.

Рисунок 1 - Восьмиосная цистерна для нефтепродуктов

Рисунок 2 - Опора котла цистерны

В цистернах первых выпусков по концам котла предусмотрены ниши 14 (рис.2,), внутри которых размещены укороченные хребтовые балки 2. Хребтовая балка совместно с концевой 9, шквор­невой 3 и боковыми 8 балками образуют раму, на которой жестко закреплен котел своей консольной частью. Для этого к нижнему ли­сту 10 котла приварен опорный лист 6, а он в свою очередь к хребто­вой и шкворневой балкам и подкреплен ребрами жесткости 7. В пересечении хребтовой и шкворневой балок закреплен пятник 11, усиленный надпятниковой коробкой 12. Для ограничения боковой качки котла к нижнему листу шкворневой балки приварены скользуны 13. Вследствие большой трудоемкости выштамповки ниш в ниж­нем листе котла такая конструкция его соединения с рамой развития не получила.

Для увеличения провозной способности железных дорог Мариупольским заводом тяжелого машиностроения (Азовмаш) совместно с кафедрой «Вагоны и вагонное хозяй­ство» Московского института инженеров железнодорожного транспорта (ныне Москов­ский государственный университет путей сообщения — МИИТ) создана восьмиосная ци­стерна безрамной конструкции модели 15-871. У нее отсутствуют хребтовая балка между шкворневыми узлами и про­дольные боковые балки. Грузо­подъемность 120 т. Уве­личенный до 1,14 м 7т удельный объем котла позволяет лучше ис­пользовать грузоподъемность цис­терны, а повышенная до 80 кН/м погонная нагрузка позволяет увеличить на 30—35 % массу по­езда при существующих ограни­чениях его длины и тем самым достичь большей провозной спо­собности железных дорог, со­кратить капитальные вложения на развитие пропускной способ­ности, снизить себестоимость перевозок, увеличить произво­дительность труда.

При проектировании восьмиосных цистерн безрамной конструкции исходят из тен­денции развития современного вагоностроения, где идея применения цельнонесущего кузова получила всеобщее признание. В таком кузове, которым является у цистерны котел, лучше используются все его основные элементы, он имеет меньшую массу, чем кузов с несущей рамой. Котел цистерны цилиндрической формы со сравнительно тол­стыми стенками в большей мере, чем кузова других типов вагонов, может быть использованы.

Котел цистерны состоит из цилиндрической части 1 и двух днищ 9эллиптической формы. По­вышение прочности и устойчивости оболочки котла при малой его массе достигается приваренны­ми к котлу под креплением кольцевыми шпангоутами 7 и 8 омегообразного поперечного сечения. Котел имеет два сливных прибора б универсального типа и два колпака с крышками 4 малого объе­ма для налива груза, при котором 2 % объема котла остаются не заполненными грузом для компен­сации температурного расширения груза. Исследования, проведенные ВНИИЖТ, показали, что неполное заполнение котла грузом не представляет угрозы для безопасности движения поездов и прочности котла. Вблизи колпака расположены два предохранительно-впускных клапана 2. Котел оборудован наружной 3 и внутренней 5 лестницами, помостами и ограждениями около колпаков с крышками 4. Основные части котла и его опор изготовлены из низколегированной стали 09Г2Д.

Универсальный сливной прибор цистерн общего назначения служит для слива груза из котла, а при необходимости — налива снизу при помощи насоса. Сливной прибор крепится к нижнему листу средней части котла.

В отличие от ранее применявшихся сливных приборов с одним металлическим клапаном универсальный сливной прибор оборудован дополнительным клапаном и имеет резиновые уплотнения, что обеспечивает более высокую надежность герметизации котла(рис.3)

Рис.3 Универсальный сливной прибор.

 

Верхний конец штанги 9 этого прибора, снабженный откидным воротком, размещен в люке, а ее нижний конец, имеющий резьбу, ввинчен в стойку 10. Внизу штанга соединена с клапаном 8 болтами 11, входящими в кольцевую выточку штанги. Такое соединение при вращении штанги позволяет клапану перемещаться вверх и вниз, не допуская его поворота.

От перекоса клапан при его подъеме удерживается перьями 12. Для центрирования в седле клапан снабжен нижними перьями 13, а для обеспечения плотности затвора — резиновым уплотнительным кольцом 18, укрепленным прижимным кольцом 19 и шпильками 20.

Дополнительный затвор состоит из крышки 3 с резиновым уплотнительным кольцом 5, которое прикрепляется к крышке коническим кольцом 2 и болтами 21. Крышка прижимается к наконечнику корпуса 6 винтом 7, через кольцевую выточку которого пропущены болты 15, соединяющие винт с крышкой 3.

Здесь также исключается поворот крышки при вращении винта.

Опора для винта — откидная скоба 4, подвешенная на валиках 14, которые укреплены на наконечнике корпуса 6. Для удобства вращения винта предусмотрена кольцевая ручка, а для предотвращения самопроизвольного открывания крышки — стопорная гайка с рукояткой 16.

Корпус сливного прибора в отличие от применявшихся ранее окружен пароподогревательной рубашкой 7, используемой для разогрева груза в зоне клапана и оттаивания льда.

Избыточное и пониженное (вакуум) давления в котле создают опасность для прочности и устойчивости его оболочки. Поэтому котлы цистерн оборудуют предохранительно-впускными клапанами.

Корпус 6 предохранительно-впускного клапана укреплен в верхней части котла 7.

При давлении в котле, превышающем усилие пружины 5, отрегулированном в цистернах общего назначения на давление 0,15 МПа и в кислотных 0,25— 0,30 МПа, ее сопротивление преодолевается и клапан 3, имеющий направляющую втулку 4, поднимается со своего седла вверх, открывая выход газа в атмосферу через отверстия а.

При снижении давления в котле в цистернах общего назначения на 0,01 МПа, а в специальных на 0,02—0,03 МПа сжимается пружина 2, клапан опускается, и воздух через отверстия а входит в котел.

 

 

Таблица 1 - Техническая характеристика нефтеналивных цистерн

 

Показатели	Восьмиосная цистерна для светлых нефтепродуктов
15-1500	15-871
Грузоподъемность, т	125,0
Тара, т		48,8
Полный объем котла, м^3	161,6
База вагона	13,92	13,79
Длина, м:
по осям сцеплений автосцепок	21,25	21.12
по концевым балкам рамы	20,12	19.99
Ширина кузова максимальная, м	3,27	3.27
Наружная длина котла, м	20,65	20.02
Внутренний диаметр котла, м	3,2	3.0
Высота цистерны от уровня головок рельс	-	4.83
Коэффициент тары	0,41	0.41
Удельный объем котла, м^3/т	1,25	1.14
Нагрузка о на рельсы, кН т колесной пары	215,8
Конструкционная скорость, км/ч
Габарит по ГОСТ 9238	1-Т	1- Т

 

 

За базовый вариант выбираю цистерну модели 15-1500.

 

 

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВАГОНА

Основным изготовителем цистерн является ПО «Азовмаш» (бывшее ПО «Ждановтяжмаш», город Мариуполь) Министерства тяжелого и транспортногомашиностроения.

Основным изготовителем цистерн является ПО «Азовмаш» (бывшее ПО

«Ждановтяжмаш», город Мариуполь) Министерства тяжелого и транспортного машиностроения.

В конструкции цистерн используются типовые узлы автосцепного устройства, автотормозного оборудования и ходовые части.

С 1988 г. на восьмиосные цистерны устанавливается пружинно- фрикционный поглощающий аппарат ПМК-110А с металлокерамическими фрикционными элементами.

ПМК-110А	Энергоемкость, кДж	Сила сопротивления при сжатии, МН	Полный ход аппарата, мм
35…85

 

Поглощающие элементы предназначены гасить часть энергии удара, уменьшая продольные растягивающие и сжимающие усилия. Принцип их действия основан на возникновении в аппарате сил сопротивления и преобразования кинетической энергии, соударяющихся масс, в другие виды энергии. В целях повышения энергоемкости и стабильности характеристик в качестве фрикционных элементов здесь применены металлокерамические пластины.

В аппарате ПМК 110-А(рис.4) в целях повышения энергоёмкости и стабильности характеристик в качестве фрикционных элементов применены металлокерамические пластины. Он состоит из корпуса 10, наружной 8 и внутренней 7 пружины, опорной пластины 6, фрикционных клиньев 4,нажимного конуса 2. Между боковыми стенками корпуса 10 и неподвижными пластинами 5 размещаются подвижные пластины 1. Детали аппарата фиксируются стяжным болтом 9 и гайкой 3.

В автотормозном оборудовании используются воздухораспределители №483М, регуляторы рычажной передачи типа 574Б, РТРП 675 и авторежимы типов 265А-1.

Тормозное оборудование состоит из магистрального воздухопровода диаметром 1 1/4”, сообщенного через тройник № 573 и разобщительный кран № 372 подводящей трубой диаметром 3/4”, или соединительным рукавом Р35, Р36 с двухкамерным резервуаром № 295М-001. Последний связан трубами диаметром 3/4”с запасным резервуаром типа Р7-135 объемом 135л и авторежимом № 265А-1, установленным на одной из тележек вагона и сообщенным с тормозным цилиндром № 519Б. На двухкамерный резервуар устанавливаются главная № 270-023 и магистральная №483-001 части.

Для межвагонных соединений используются соединительные рукава типа Р17, подключаемые к трубе (ТМ) концевыми кранами № 190 (или №4304) и повернутыми на 60о относительно горизонтальной оси. Это исключает удары головок рукавов о горочные замедлители и улучшает их работу в кривых участках пути.

Воздухораспределители (ВР) предназначены для изменения давления в тормозных цилиндрах (ТЦ) транспортных средств, в зависимости от изменения давления в тормозной магистрали (ТМ), а также для зарядки из последней запасных резервуаров (ЗР). При этом уровень давления в ТЦ соответствует глубине разрядки ТМ и грузовому режиму торможения на ВР.

Использование воздухораспределителей № 483М повышает надежность тормозов, достигается максимально возможная скорость распространения тормозной волны, минимальное влияние длины магистрального воздухопровода на процессы наполнения сжатым воздухом цилиндров при торможении. По сравнению с другими воздухораспределителями грузового типа, используемый воздухораспределитель № 483М обеспечивает наибольшие, короткие тормозные пути и наименьшие продольные силы в поезде при торможении.

Авторежим предназначен для регулирования давления в тормозном цилиндре в зависимости от степени загрузки вагона. Он устанавливается на хребтовой балке над одной из тележек, оборудованной опорной балочкой и сообщается с воздухораспределителем и тормозным цилиндром для коррекции давления, подаваемого в последний.

Авторежим № 265А-1 состоит из двух основных частей: демпферной

(измерительной) и реле давления (регулирующей) с кронштейнами для соединения с трубами от ВР и ТЦ.

Использование авторежимов на подвижном составе повышает его тормозную эффективность, снижает уровень продольно-динамических усилий в поездах, исключает ручной труд при переключении грузовых режимов на ВР и случаи заклинивания колес из-за их неправильного включения.

Тормозные цилиндры (ТЦ) предназначены для преобразования потенциальной энергии сжатого воздуха в механическое усилие на штоке, которым через систему тяг и рычагов тормозные колодки прижимаются к колесам. На данной цистерне применяются тормозные цилиндры с жесткой связью поршня со штоком посредством пальца.

Тележка модели 18-101 (рис. 5) имеет две двухосные тележки 1 модели 18-100, связанные между собой соединительной балкой 2. Наиболее рациональной конструкцией, по сравнению с литой, является штампосварной вариант соединительной балки (рис. 6), которая состоит из двух штампованных элементов из стали марки 09Г2Д: верхнего 1 из листа толщиной 16 мм и нижнего 2 толщиной 20 мм, подкрепленных продольными 3 и поперечными 7 ребрами жесткости.Снизу по концам балки вварены крайние пятники 4, которыми она опирается на подпятники двухосных тележек, а сверху — центральный подпятник 8, посредством которого нагрузка от кузова передается на четырехосную тележку. К специальным крыльям по концам балки снизу приварены крайние скользуны 5, которые располагаются над скользунами двухосных тележек.
В средней части также на крыльях размещены центральные скользуны, над которыми располагаются скользуны кузова вагона.

 

 

Котёл цистерны состоит из цилиндрической части 1 и двух днищ 9. Цилиндрическая часть котла составлена из продольно расположенных листов, из которых один нижний — броневой лист имеет большую (12 мм) толщину, чем четыре верхних (9 мм).

В прежних конструкциях цистерн цилиндрическая часть котла со­ставлялась из броневого листа и верхних поперечных обечаек. Недостат­ками такой конструкции являлись затруднения в применении механизи­рованной сварки из-за большого числа элементов, составляющих котёл, и значительного разнообразия швов; большая длина швов; концентрация напряжений в местах пересечения продольных и поперечных швов. Поэтому в современных конструкциях цистерн цилиндрическая часть формируется из продольных листов.

Днища котла имеют эллиптическую форму с отношением высоты выпуклой части к диаметру равным 0,2. По сравнению с ранее приме­нявшимися торосферическими днищами — эллиптические конструкции имеют плавно изменяющийся меридиан, что за счёт снижения уровня напряжений позволяет уменьшить их толщину с 11 до 10 мм. Кроме того, эллиптические днища увеличивают объём котла на 0,5 м³.

Днища приварены к цилиндрической части котла стыковыми швами.Также соединены между собой листы цилиндрической части. Преиму­щества стыковых швов по сравнению с применявшимися ранее нахлёс-точными соединениями: 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.

Цилиндрическая часть котла с внутренним диаметром 3000 мм со­ставлена из двух половин, сваренных встык. Это обусловлено ограниче­ниями по длине листового проката, поставляемого металлургической промышленностью, и размерами оборудования, применяемого на заводе Азовмаш для вальцовки листов котла.

В первых конструкциях восьмиосных цистерн по концам котла пре­дусматривались ниши, внутри которых размещались хребтовые балки опор котла. Такое устройство снижает центр тяжести вагона, что улуч­шает устойчивость и другие динамические качества цистерны, в резуль­тате чего повышается безопасность движения. Это особенно необходимо для четырёхосных цистерн, имеющих по сравнению с другими типами вагонов малую базу. Для восьмиосных цистерн устройство ниш, ослож­няющих технологию изготовления вагона, имеет существенно меньшее значение, и потому от них отказались.

Повышение прочности и устойчивости оболочки котла при малой его массе достигается подкреплением кольцевыми шпангоутами 7 и 8, расположенными в средней и опорных частях котла. Эти шпангоуты, имеющие омегообразную форму поперечного сечения, приварены к стенкам котла, отличающихся от неподкреплённых конст­рукций меньшей толщиной. Как показывают расчёты и эксперименты, в подкреплённых таким образом цистернах существенно снижены напря­жения в загруженных зонах, повышена устойчивость котла при вакууме, иногда возникающем при сливе и пропарке цистерн, а также уве­личивается частота собственных колебаний оболочки, что затрудняет возникновение резонанса колебаний. Однако подкрепление котла шпан­гоутами усложняет его изготовление.

Для обеспечения полного слива груза предусмотрены уклоны к слив­ным приборам. Эти уклоны создаются выштамповкой броневого листа на глубину 30 мм. Котёл оборудован двумя сливными приборами б универсального типа, конструкция которых описана ниже, и двумя колпаками (горловинами люка) с крышками 4, что позволяет ускорить операции налива и слива груза и обеспечить лучшие условия труда при очистке котла. Внутри горловины размещены по две сегментные планки: верхняя — для контроля предельного налива и нижняя — для указания необходимости замедления налива котла.

Для облегчения и ускорения сливо-наливных операций разработали быстросъёмную крышку ригельного типа. Она состоит из крышки 3, ри­геля 4 и откидного болта 1 (рис. 7). С одной стороны ригель шарнирно с помощью валика 6 соединён с кронштейном 7, приваренным непосред­ственно к котлу 8, с другой стороны он зажимается с помощью гайки с рукоятками 2 вплоть до упора средней части ригеля 4 в крышку 3. Колпак,

прикреплённый к гайке, пре­дохраняет резьбу болта от ме­ханических повреждений. Крышка снабжена коль­цом, опирающимся на уплот­няющую кольцевую проклад­ку 5 горловины люка. Кон­тактирующая с прокладкой поверхность кольца имеет ширину 6 мм вместо 16 мм в ранее применявшихся крыш­ках, что снижает необходи­мое для уплотнения усилия.

 

 

Рисунок 7 - Крышка ригельного типа нажатия ригеля.

 

Сложным и ответственным узлом безрамной цистерны является опора котла (рис. 8), поскольку через неё передаются основные на­грузки на котёл и от последнего на тележку. Опора, одновременно явля­ющаяся консольной частью рамы, имеет мощные хребтовую 1 и шкворневую 8 балки, облегчённые концевую 10 и боковые 9 балки.

Рисунок 8 - Опора котла

 

На хребтовой и концевой балках размещены части автосцепного устройства, а на шкворневой — опоры кузова. Для возможности выкатки тележки после подъёмки котла с опо­рами на домкраты длина шкворневой балки принята равной 3000 мм.

Шкворневая балка имеет верхний лист 12, нижний 11, вертикальные листы 13, рёбра 18 и 19, концевые части 20. К одной из таких частей прикреплена табличка 7 завода-изготовителя. На пересечении хребтовой и шкворневой балок размещено надпятниковое усиление 15.

К шкворневой и хребтовой балкам приварен подкреплённый рёб­рами 21 и 16 опорный лист 22, толщиной 12 мм, являющийся непо­средственной опорой котла, а также опорные накладки 4 и б, 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, возникающих при сборке. Такая конструкция обеспечивает существенное снижение технологических на­пряжений. Применение опорных упрощенных элементов вместо преж­них опорных конструкций стало возможным в результате подкрепления котла кольцевыми шпангоутами 23.

Автосцепное устройство (рис.9) относится к ударно-тяговому оборудованию вагона и предназначено для сцепления вагонов между собой и локомотивом, удержания их на определенном расстоянии друг от друга, восприятия передачи и смягчения воздействия растягивающих и сжимающих усилий, возникающих во время движения. От исправного состояния этого оборудования во многом зависит безопасность движения поездов.

Это оборудование относится к объеденным устройствам, где совмещается все функции ударных и тягово-сцепных приборов. До перевода подвижного состава железных дорог на автосцепку он оборудовался раздельными приборами, когда в качестве ударных приборов установили буферные комплекты, а сцепных- винтовую упряжь. На каждом вагоне современной конструкции установлено два комплекта автосцепного устройства, размещенных по концам вагонной рамы.

Перевод подвижного состава на автосцепку позволил: рационально использовать силу тяги локомотивов, увеличить массу поезда и тем самым повысить провозную и пропускную способность железных дорог, устранить тяжелый и опасный труд сцепщика, ускорить процесс формирования поездов и оборот вагона, уменьшить тару вагонов за счет снятия буферных комплектов, облегчения боковых и концевых балок.

 

Рисунок 9 - Автосцепное устройство типа СА-3

 

Тормозное оборудование цистерн и его увязка в структурном виде представлены на рис. 10. Через ТМ, разобщительные краны и ВР в поездном положении заряжаются ЗР на каждой подвижной единице в поезде. При снижении и последую­щем увеличении давления в ТМ через ВР и АР сообщается ТЦ с ЗР или атмосферой, соответственно реализуя режимы торможе­ния или отпуска.

АР при этом корректирует давление в ТЦ в зависимости от заг­рузки вагона для более полного использования свойств сцепления при торможении. В перекрыше все утечки из ТЦ и ЗР восполняют­ся, поскольку ВР и АР обеспечивают свойство прямодействия.

 

 

Рисунок 10 - Схема тормозного оборудования вагона