Вагони_цистерны

М ІН І С Т Е Р С Т В О ТР А Н С П О Р Т У У К Р А Ї Н И

Дніпропетровський

національний

університет

залізничного

транспорту імені академіка В. Лазаряна

Кафедра “Вагони”

В А Г О Н И М А Г І С Т РА Л Ь Н І Т А П Р О М И С Л О В О Г О Т Р А Н С П О Р Т У

Методичні вказівки до лабораторних занять “Цистерни рухомого складу залізниць”

Укладачі: Пастернак М.О. Безовська Л.П.

Для студентів ІІ, ІІІ курсу спеціальності 7.8.100501

“Рухомий склад та спеціальна техніка залізничного транспорту”

Дніпропетровськ 2004

Укладачі: доцент Пастернак Микола Олександрович старший викладач Безовська Лідія Петрівна

УДК 629.4.028.86 Вагони магістральні та промислового транспорту: Методичні вказівки до

лабораторних занять “Цистерни рухомого складу залізниць”/ Дніпропетр. націон. ун-т залізнич. трансп.; Укл.: М.О. Пастернак, Л.П. Безовська. – Д., 2004.– 52 с.

У методичних вказівках викладений матеріал щодо конструкцій цистерн як вітчизняного, так й іноземного виробництва, а також методика та приклад розрахунку напруженого стану котла цистерни на дію експлуатаційних навантажень.

Іл. 43. Табл. 2. Бібліогр.: 4 назв.

Рецензенти: Ст. наук. співробітник О.М. Маркова (ІТМ НАН України), доц. В.У. Варфоломеєв (ДІІТ)

Редактор Т.В. Мацкевич

Підписано до друку__.__.2004 Формат 60 х 84 1/16. Папір для множних апаратів. Ризограф. Умовнодрук. арк. ___. Обл-видав. арк. __. Тираж 120 прим. Замовл. № 3415. Видавн. № 18. Безкоштовно.

Видавництво Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту

імені академіка В. Лазаряна ДК № 1315 від 31.03.2003

Адреса видавництва та дільниці оперативної поліграфії: 49010, Дніпропетровськ,10, вул. Акад. Лазаряна, 2

ЗМІСТ

Стор.

1.КЛАСИФІКАЦІЯ ЦИСТЕРН…………………………………….. 4

2.ЗАГАЛЬНА БУДОВА ЦИСТЕРНИ………….…………………. 4

2.3.З’єднання котла та рами………………………………………….. 8

2.4. Зливальні прилади й запобіжні клапани………………………… 11

3.ОСОБЛИВОСТІ КОНСТРУКЦІЇ ВОСЬМИВІСНИХ ЦИСТЕРН…………………………………………………………. 14

4.СПЕЦІАЛЬНІ ЦИСТЕРН………………………………………… 18

4.1.Цистерни для перевезення високов’язких вантажів……………. 18

4.2.Цистерни для перевезення кислот………………………………. 19

4.3.Цистерни для перевезення зріджених газів…………………….. 21

4.4.Цистерни для перевезення пилоподібних речовин…………….. 23

4.5.Цистерни для перевезення затверділих речовин……………….. 24

4.6.Цистерни для перевезення харчів……………………………….. 26

4.7.Цистерни-контейнери…………………………………………….. 28

6.ДОСЛІДЖЕННЯ КОТЛА ЦИСТЕРНИ, ВСТАНОВЛЕНОГО НА РАМУ, НА ДІЮ ЕКСПЛУАТАЦІЙНИХ

НАВАНТАЖЕНЬ…………………………………………………. 36

6.1.Напружений стан котла в поперечному перерізі……………….. 36

6.3.Перевірка запасу стійкості циліндричної оболонки……………. 42

7.ДОСЛІДЖЕННЯ КОТЛА ЦИСТЕРНИ БЕЗРАМНОЇ КОНСТРУКЦІЇ НА ДІЮ ЕКСПЛУАТАЦІЙНИХ

НАВАНТАЖЕНЬ………………………………………………… 43

7.1.Напружений стан котла цистерни безрамної конструкції в

1. КЛАСИФІКАЦІЯ ЦИСТЕРН

Цистерни призначені для перевезення рідких вантажів, газів у зрідженому стані та пилоподібних вантажів. Вони містяться в котлі, що являє собою специфічну форму кузова цього типу вагона. Значна різноманітність вантажів обумовлює істотні видозміни конструкцій цистерн. У залежності від типів перевезених вантажів цистерни можуть бути розподілені на дві груп:

загального призначення – для перевезення широкої номенклатури нафтопродуктів;

спеціального призначення – для перевезення окремих видів вантажів. Цистерни загального призначення, у свою чергу, можуть підрозділятися

на цистерни для перевезення світлих (бензин, лігроїн і т.п.) і темних (нафта, мінеральні масла і т.п.) нафтопродуктів.

Спеціальні цистерни розподіляють на цистерни для перевезення високо- в'язких вантажів, харчових продуктів (молоко, патока, спирт, вина), кислот (азотна, соляна, сірчана), зріджених газів (пропан, аміак, хлор та ін.), пилоподібних (цемент, кальцинована сода, глинозем) і деяких інших вантажів. Специфічні особливості різних кислот, газів й інших вантажів обумовлюють відповідні видозміни усередині перелічених підгруп.

У залежності від виду несучих елементів цистерни розподіляють на конструкції, в яких всі основні навантаження, що діють на вагон, сприймаються рамою кузова, й конструкції, в яких ці навантаження сприймаються котлом, –

безрамні цистерни.

Крім того, цистерни, подібно іншим типам вагонів, розрізняють за кількістю осей, вантажопідйомністю, об’ємом котла, улаштуванням, матеріалом і способом виготовлення котла та іншими ознаками.

2. ЗАГАЛЬНА БУДОВА ЦИСТЕРНИ

2.1. Конструкція котла

Котел цистерни (рис. 1) складається з обичайки 1, що звальцьована в циліндр (рис. 2), і двох днищ 2 еліптичної форми, які зварені з листів товщиною 10…12 мм. Циліндрична частина котла, наприклад, чотиривісної універсальної цистерни, складена з подовжньо розташованих листів, що зварені між собою встик уздовж листів, з яких один нижній (броньовий) 3 товщиною 10…11 мм; боковий 2 і верхній 1 товщиною 8…9 мм.

Уколишніх конструкціях цистерн циліндрична частина котла складалася

зброньового листа й верхніх поперечних обичайок. Недоліками такої конструкції були: утруднення в застосуванні механізованого зварювання через велике число елементів, що складають котел, і значної різноманітності швів; велика довжина швів; концентрація напружень у місцях перетинання поздо-

вжніх і поперечних швів. Тому в сучасних конструкціях цистерн циліндрична частина формується з поздовжніх листів.

Рис.1. Чотиривісна цистерна

Рис. 2. Обичайка та її розгортка

Днища котла 2 (див. рис. 1) мають еліптичну форму з відношенням висоти опуклої частини до діаметра рівним 0,2. На відміну від торосферичних днищ, що раніше застосовувалися, еліптичні конструкції мають меридіан, що плавно змінюється. Тому за рахунок зниження рівня напружень можна зменшити їхню товщину з 11 до 10 мм. Крім того, еліптичні днища збільшують об’єм котла на 0,5 м3.

Днища приварені до циліндричної частини котла стиковими швами. Також з'єднані між собою листи циліндричної частини. Переваги стикових швів над накладними з'єднаннями, що застосовувалися раніше: відсутність додаткових напружень у зоні швів, обумовлених місцевим вигином оболонки; велика вібраційна й ударна міцність швів; кращі умови контролю якості шва (просвічування рентгеном, гамма-променями і т.п.), менша маса котла.

Ковпаки 3 (див. рис. 1) цистерни мають малі розміри. У колишніх вітчизняних конструкціях цистерн, як і в цистернах деяких інших країн, ковпак призначався для розміщення вантажу, що збільшується в об’ємі при підвищенні температури. У багатьох цистернах останніх років будування, при наливі частина об’єму котла (2 %) залишається незаповненою для забезпечення температурного розширення вантажу. Випробування показали, що неповне заповнення котла не погрожує міцності цистерни й безпеці руху поїздів. Подібний принцип завантаження котла й устаткування цистерн малими ковпаками в останні роки застосовується також на залізницях США і західноєвропейських країн.

Горловини люків закриваються кришками, що закріплюються вісьма відкидними болтами кожна. Кришки шарнірно кріпляться до кронштейнів, відносно яких вони поверталися при відкриванні.

Для полегшення й прискорення зливально-наливних операцій розроблена швидкоз’ємна кришка ригельного типу. Вона складається з кришки 3, ригеля 4 і відкидного болта 1 (рис. 3). З однієї сторони ригель шарнірно за допомогою валика 6 з'єднаний із кронштейном 7, що приварений безпосередньо до котла 8; з іншої сторони він затискається за допомогою гайки з рукоятками 2 аж до упора середньої частини ригеля 4 у кришку 3. Ковпак, прикріплений до гайки, охороняє різьблення болта від механічних ушкоджень.

Рис. 3. Кришка ригельного типу

Кришка має кільце, що спирається на кільцеву ущільнюючу прокладку 5 горловини люка. Контактуюча з прокладкою поверхня кільця має ширину 6 мм замість 16 мм у раніше застосовуваних кришках, що знижує необхідне для ущільнення зусилля натискання ригеля.

Для відкриття кришки необхідно відкрутити гайку до виходу її із зіткнення з ригелем і відвести убік. Упор 9, приварений до болта, при відкиданні останнього упирається в скобу-ручку 10, чим забезпечується відрив кришки у випадку утворення в котлі вакууму.

таті такої видозміни маса рами істотно зменшена (на 1,4 т) у порівнянні з рамою цистерни, обладнаної буферами.

Рама цистерни має хребтову балку, виготовлену з двох швелерів 1 (перерізом 300 х 11,5 х 89 х 13,5 мм), що перекриті верхньою накладкою 2 товщиною 8 мм і нижньою 3 товщиною 6 мм. Відстань між внутрішніми стінками швелерів складає 350 мм.

Шворнева балка 4 має коробчатий переріз; вона складається з двох вертикальних листів 5 товщиною 8 мм, нижнього 6 і верхнього 7 листів товщиною 14 мм.

2.3. З’єднання котла та рами

Складним і відповідальним вузлом безрамної цистерни є опора котла (рис. 5), оскільки через неї передаються основні навантаження на котел і від останнього на візок. Опора одночасно є консольною частиною рами має міцну хребтову1 і шворневу8 балки, полегшені кінцеву10 і бічні 9 балки.

На хребтовій і кінцевій балках розміщені частини автозчепного пристрою, а на шворневій – опори кузова (п’ятник 14 і ковзуни 17). Для можливості викочування візка після піднімання котла з опорами на домкрати довжина шворневої балки прийнята рівною 3000 мм. Шворнева балка має верхній 12, нижній 11, вертикальні 13 листи, ребра 18 і 19, кінцеві частини 20. До однієї з таких частин прикріплена табличка 7 заводу-виготовлювача. На перетинанні хребтової й шворневої балок розміщене надп’ятникове посилення

15.

До шворневої й хребтової балок приварений підкріплений ребрами 21 і 16 опорний лист 22 товщиною 12 мм, що є безпосередньою опорою котла, а також опорні накладки 4 і 6, розташовані з двох сторін від шворневого вузла.

Хребтова балка зв'язана з опорними накладками лапами 3 і 7, які перед зварюванням вузла можуть переміщатися вздовж хребтової балки в залежності від конкретних зазорів між опорою й котлом, що виникають при складанні. Така конструкція забезпечує істотне зниження технологічних напружень. Застосування опорних спрощених елементів замість колишніх опорних конструкцій стало можливим у результаті підкріплення кільцевими шпангоутами 23.

Здійснене в даній конструкції додаткове з'єднання 2 кінцевих ділянок котла з хребтовою балкою 1 підвищує опір останньої великим поздовжнім зусиллям, що виникають при співударах вагонів.

Рис. 5. Опора котла

Кріплення котла на рамі здійснюється в середній і кінцевій його частинах. Фасонні лапи 2 (рис. 6, а), приварені до середньої частини броньового листа 1, з'єднані болтами 3, приточеними до отворів, з опорними планками 4, що приварені до хребтової балки 5 рами. Болтове з'єднання передбачене для зручності ремонту, коли необхідне відділення котла від рами.

Рис. 6. Кріплення котла на рамі

Кінцями котел спирається на дерев'яні бруски 8 і 10 (див. рис. 4, б), укріплені за допомогою жолобів 11, болтів з гайками 9 і діафрагм 12 на шворневих і хребтових балках рами.

Кінцеві частини котла, що лежать вільно на крайніх опорах, можуть мати поздовжні зсуви відносно рами при деформаціях, викликаних різницею температур, що виникає, наприклад, при наливі в цистерну вантажу з температурою, яка відрізняється від температури зовнішнього середовища, або у випадкудії інших факторів.

До крайніх опор котел притягнутий стяжним хомутами 6, призначеними для запобігання вертикальних і поперечних його переміщень відносно рами. Довжину стяжних хомутів регулюють гвинтовими муфтами 7. Натягом хомутів прагнуть запобігти вібрації котла.

Для забезпечення міцності опорних місць котла необхідний рівномірний розподіл навантаження на опорні бруски. Із цією ж метою прагнуть збільшити площу опори, кут обхвату опорної циліндричної частини котла і відстань від опори до інших місць концентрації напружень у котлі.

У цистернах перших випусків (рис. 7) по кінцях котла передбачені ніші 1,

Рис. 7. Опора котла з пониженим центром ваги