1.3 Цистерни

Цистерни призначені для перевезення рідких, газоподібних, затвердіваючих і порошкоподібних вантажів. Вони розрізняються по роду перевезених вантажів, конструкції рами, осності та каліброваному типу. Перевезені вантажі розміщаються в котлі, що представляє собою специфічну форму кузова.

Універсальні цистерни підрозділяються на цистерни для перевезення світлих (бензин, газ, лігроїн і т.п.) і темних (нафта, мінеральні масла і т.п.) наливних вантажів.

Всі універсальні цистерни залізниць обладнані нижніми зливними приладами, що забезпечують надійну герметичність затворів.

Масу рідкого вантажу, перевезеного в цистернах, визначають замірно –калібрувальним способом, при якому вимірюють висоту наповнення котла, ураховують щільність вантажу і потім по спеціальних каліброваних таблицях, у яких наведена ємність котлів залежно від рівня його наливу, підраховують масу вантажу. Калібрований тип цистерни позначений у вигляді металевих цифр, приварених до котла на обох сторонах його циліндричної частини.

Залежно від пристрою несучих елементів цистерни розділяються на конструкції, у яких всі основні навантаження, що діють на цистерну, сприймаються рамою котла і конструкції, у яких ці навантаження сприймаються котлом (безрамні цистерни). Крім того, цистерни розрізняються по осності, вантажопідйомності, об’єму котла, пристрою, матеріалу та способу виготовлення котла.

Основні технічні характеристики універсальних цистерн загального призначення наведені в таблиці 3.

Таблиця 3 - Технічні характеристики цистерн загального призначення

Показники	Чотиривісна		Восьмивісна
	для нафтопродуктів, моделей
	світлих, 15-1443	в’язких, 15-1556	світлих, 15-871	світлих, 15-880
Вантажопідйомність, т	60	63,5	120	125
Маса тари, т	23,2	24,23	48,8	51
Повний об’єм котла, м3	73,1	73,17	140	1595
База цистерни, м	7,8	7,8	13,79	10,52
Довжина, м: по осях зчеплення автозчепів по кінцевих балках рами	12,02 10,8	12,02 10,8	21,12 19,99	18,69 17,56
Максимальна ширина кузова, м	3,08	3,08	3,27	3,6
Зовнішня довжина котла, м	10,77	10,77	20,02	18,06
Внутрішній діаметр котла, м	3,0	3,0	3,0	3,4
Висота цистерни від рівня головок рейок, м	4,615	4,59	4,83	5,2
Коефіцієнт тари	0,386	0,38	0,41	0,41
Питомий об’єм котла, м3/т	1,195	1,08	1,14	1,25
Навантаження від колісної пари на рейку, кН	218	218	211	220
Погонне навантаження, кН/м	69,2	73	80	94,2
Конструкційна швидкість руху, км/год	120	120	120	120
Габарит за ДСТ 9238-83	02-ВМ	02-ВМ	1-Т	Т

Чотиривісна цистерна вантажопідйомністю 60 т побудови Маріупольського (Жданівського) заводу (рис. 3) має котел з корисною ємністю 71,7 м³ повною ємністю 73,1 м³ і із внутрішнім діаметром 3,0 м.

Кріплення котла на рамі виконується в середній та у кінцевих його частинах. До крайніх опор котел притягують стяжними хомутами, призначеними для запобігання вертикальних і поперечних його переміщень відносно рами.

Особливістю конструкції рами цистерни моделі 15-1443 є відсутність бічних поздовжніх балок, наявність потужних кінцевих балок і полегшених поздовжніх бічних балок лише по кінцях рами. Відсутні також проміжні поперечні балки. Внаслідок цього маса тари цистерни зменшилася на 1,4 т. При такій конструкції сили, що діють на цистерну, сприймаються котлом, твердість якого значно вище твердості поздовжніх бічних балок, і потім через крайні його опори передаються на візки.

1 - котел; 2 - автозчепний пристрій; 3 - кріплення котла до рами; 4 - гальмове обладнання; 5 - рама; 6-візок; 7-опора котла на раму

Рисунок 3-Чотиривісна цистерна вантажопідйомністю 60 т

В останні роки на Уральському і Маріупольському вагонобудівних заводах будуються чотиривісні цистерни зі збільшеною базою (7,8 м замість 7,12 м) і скороченими консольними частинами (1,5 м замість 1,84 м), що поліпшує динамічні якості цистерни, особливо в горизонтальній площині і підвищує безпеку руху вантажних поїздів, у яких є такі цистерни.

Для перевезення бензину спроектована чотиривісна цистерна з питомим об’ємом котла 1,4 м³/т, вписана в габарит 02-ВМ, що дозволяє експлуатувати її на закордонних залізницях із шириною колії 1435 мм. Вантажопідйомність такої цистерни 62 т, маса тари 25,3 т, осьове навантаження 216 кН, погонне навантаження 64 кн/м. В останні роки будівля чотиривісних цистерн із поліпшеними техніко-економічними показниками виконуються на Уралвагонзаводе та на інших підприємствах Російської Федерації.

Для збільшення провізної спроможності залізниць Маріупольським заводом важкого машинобудування (Азовмаш) разом з кафедрою «Вагони й вагонне господарство» Московського інституту інженерів залізничного транспорту (нині Московський державний університет шляхів сполучення - МИИТ) створена восьмивісна цистерна безрамної конструкції моделі 15-871. У неї відсутні хребтова балка між шкворневими вузлами та повздовжні бічні балки. Вантажопідйомність 120 т (рис. 4). Збільшений до 1,14 м³/т питомий об’єм котла дозволяє краще використати вантажопідйомність цистерни, а підвищена до 80 кН/м погонне навантаження дозволяє збільшити на 30—35 % масу поїзда при існуючих обмеженнях його довжини і тим самим досягти більшої провізної спроможності залізниць, скоротити капітальні вкладення на розвиток пропускної здатності, знизити собівартість перевезень, збільшити продуктивність праці.

При проектуванні восьмивісних цистерн безрамної конструкції виходять із тенденції розвитку сучасного вагонобудування, де ідея застосування цільнонесучого кузова одержала загальне визнання. У такому кузові, яким є котел цистерни, краще використовуються всі його основні елементи, він має меншу масу, чим кузов з несучою рамою. Котел цистерни циліндричної форми з порівняно товстими стінками в більшій мері, чим кузова інших типів вагонів, може бути використаний у якості цільнонесучої конструкції.

Рисунок 4 - Восьмивісна цистерна безрамної конструкції вантажопідйомністю 120 т

Котел цистерни складається із циліндричної частини 1 і двох днищ 9 еліптичної форми. Підвищення міцності й стійкості оболонки котла при малій його масі досягається привареними до котла підкріпленням кільцевими шпангоутами 7 й 8 омегообразного поперечного переріза. Котел має два зливальні прилади 6 універсального типу та два ковпаки із кришками 4 малі об’єми для наливу вантажу, при якому 2 % об’єму котла залишаються не заповненими вантажем для компенсації температурного розширення вантажу. Дослідження, проведені ВНИИЖТом, показали, що неповне заповнення котла вантажем не представляє загрози для безпеки руху поїздів і міцності котла. Поблизу ковпака розташовані два запобіжно-впускних клапани 2. Котел обладнаний зовнішніми 3 і внутрішніми 5 сходами, помостами та огородженнями біля ковпаків із кришками 4. Основні частини котла і його опор виготовлені з низьколегованої сталі 09Г2Д.

Подальшим конструктивним поліпшенням восьмивісної цистерни є обпирання котла безпосередньо на бічні ковзуни чотирьох двовісних візків, з яких складаються чотиривісні візки. Це дозволяє знизити на 2,5-3 т масу тари цистерни й підвищити її вантажопідйомність через відсутність важких сполучних балок чотиривісних візків. Крім того, у такої цистерни поліпшені умови огляду і ремонту ходових частин; інше розташування частин автогальма дає можливість застосовувати авторежим (пристрій для автоматичної зміни величини тиску в гальмовому циліндрі залежно від вантажопідйомності цистерни).

Беручи до уваги більшу економічну ефективність восьмивісних цистерн у порівнянні із чотиривісними і шестивісними, а також переваги габариту Т_ц у порівнянні з габаритом 1-Т, доцільним типом восьмивісної цистерни повинна бути цистерна, побудована по габариту Т. Такі цистерни в першу чергу повинні експлуатуватися на напрямках перевезення нафтопродуктів у великому обсязі в маршрутних поїздах великої маси, наприклад до 10—12 тис. т, що при обмежених довжинах станційних колій можна реалізувати лише при використанні цистерн с великим погонним навантаженням. Крім того, у поїздах такої маси при наявності кривих малого радіуса, більших підйомів і спусків профілю колії можуть виникати більші поздовжні сили, які впливають на стійкість від вижимання вагонів з поїзда. Особливо це негативно позначається на чотиривісних вагонах.

Маріупольським заводом важкого машинобудування в співдружності з МИИТ і ВНИИЖТ була розроблена конструкція восьмивісної цистерни габариту Т_ц (рис. 5). Її котел з десятьма шпангоутами із внутрішнім діаметром 3,4 м складається з нижнього (броньового) листа товщиною 12 мм, верхніх і бічних листів товщиною 9 мм і двох днищ товщиною 12 мм. Цистерна спроектована на вантажопідйомність 125 т, масу тари 51 т, повний об’єм котла 159 м³ осьове навантаження 216 кН і погонне навантаження 94,2 кН/м. Внаслідок меншої довжини котла цистерна габариту Т_ц на відміну від інших типів восьмивісних цистерн має один зливальний прилад і одну горловину люка.

Рисунок 4.5 - Восьмивісна цистерна для Байкало-Амурської магістралі (БАМ)

За пропозицією МИИТа Азовмашем вперше у світовій практиці вагонобудування спроектована восьмивісна цистерна моделі 15-1500 зі змінним профілем шпангоутів котла (десять шпангоутів на котлі). У зоні найбільших обмежень по габариті ширини цистерни висота шпангоута зменшена з 110 мм до 15 мм, що дозволило збільшити внутрішній діаметр котла з 3,0 м до 3,2 м при однаковому габариті рухомого складу 1-Т. Така цистерна має вантажопідйомність 125 т, масу тари 51 т, питомий об’єм котла 1,25 м³/м. Середнє погонне навантаження «нетто» збільшені на 11 % у порівнянні із цистерною моделі 15-871. Після всебічних випробувань ці цистерни більше раціональної конструкції почали будуватися серійно (з 1988 р.) на Азовмаші.

Рисунок 10 - Чотиривісна цистерна для світлих нафтопродуктів

1. Котел;

2. автозчепне обладнання;

3. фасонні лапи кріплення котла до рами;

4. циліндр гальмівної системи вагону;

5. рама вагону;

6. ходова частина (візок);

7. дерев'яні опорні бруски поміж котлом іконсоллю рами та стяжні хомути.

Рисунок 11 - Котел чотиривісної цистерни для нафтопродуктів

1,2,3-котел обічайка з днищами;

4-зовнішня і внутрішня драбини;

5,8,9-люк наливний;

6 - випускной клапан;

7-лист нижній;

зливний пристрій;