RU2074828C1

RU2074828C1 - Rail tank cars for liquid loads

Info

Publication number: RU2074828C1
Application number: RU95107758A
Authority: RU
Inventors: Н.В. Бурмистров; Г.К. Беляев; В.Д. Кармишина; С.В. Клименко
Original assignee: Акционерное общество открытого типа Рузаевский завод химического машиностроения
Priority date: 1995-05-15
Filing date: 1995-05-15
Publication date: 1997-03-10

Abstract

FIELD: railway transport; horizontal rail tank cars. SUBSTANCE: tank car has body in form of horizontal container installed through frame on running gear and consisting of elliptic bottom plates and cylindrical shell assembled of three drums. End drums are connected to bottom plates and are freely fitted on frame, and middle drum is rigidly secured by shaped feet on frame and is provided with hatch and draining device. Shell has upper sheets and lower armored sheets and is made so that ratio of thickness of upper sheets to thickness of lower armored sheets is 1:1.2. Longitudinal weld between upper and lower armored sheets of end drums is made at angle not less than 95 degrees from body lower generating line, and each circumferential weld between middle and end drums is made at a distance not less than 0.23-0.24 of total length of shell. Weld between lower and armored sheets and other sheets of middle drum is made at angle not less than 40 degrees from lower generating line of body. EFFECT: enlarged operating capabilities. 2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к железнодорожным цистернам горизонтального расположения, в частности для перевозки жидких грузов. The invention relates to horizontal railway tanks, in particular for the transport of liquid cargo.

Известны котлы железнодорожных цистерн, выполненные из низколегированных сталей, оборудованные сливными устройствами, помимо наружных имеется внутренняя лестница для спуска внутрь котла. Known boilers of railway tanks, made of low alloy steels, equipped with drain devices, in addition to the external there is an internal staircase for lowering into the boiler.

Слив и налив открытый самотеком. Налив верхний через горловину люка - лаза. Слив нижний через сливной прибор. Drain and fill open by gravity. Pouring the top through the neck of the hatch - manhole. Bottom drain through the drain device.

Цистерны снабжены предохранительно впускным клапаном для защиты от повышения давления и образования вакуума в котле, так же снабжены устройством для определения предельного уровня заполнения котла [1]
Наиболее близким техническим решением к предлагаемой конструкции котла цистерны является железнодорожная цистерна для транспортировки жидких грузов, включающая установленный на ходовой части посредством рамы котел в виде горизонтальной емкости, состоящей из торцевых днищ и трех царг, крайние из которых соединены с днищами и свободно размещены на раме, а средняя царга посредством фасонных лап жестко закреплена на раме и имеет поддон и люк [2]
Недостатком существующей конструкции является концентрация напряжений в крайних сечениях котла в опорных зонах; в средних сечениях котла высокий уровень напряжений имеет в зоне лап и размещения поддона.The tanks are equipped with a safety inlet valve for protection against increased pressure and the formation of vacuum in the boiler; they are also equipped with a device for determining the maximum filling level of the boiler [1]
The closest technical solution to the proposed design of the tank boiler is a railway tank truck for transporting liquid cargo, including a boiler mounted on the chassis through the frame in the form of a horizontal tank consisting of end faces and three drawers, the last of which are connected to the bottoms and freely placed on the frame, and the middle drawer by means of shaped paws is rigidly fixed to the frame and has a pallet and hatch [2]
The disadvantage of the existing design is the stress concentration in the extreme sections of the boiler in the reference zones; in the middle sections of the boiler, a high level of stress is in the area of the legs and the placement of the pallet.

Цель изобретения повышение надежности при транспортировке жидких грузов под давлением и увеличение грузоподъемности при сохранении габаритных размеров котла. The purpose of the invention is to increase reliability during transportation of liquid cargo under pressure and increase load capacity while maintaining the overall dimensions of the boiler.

Поставленная цель достигается тем, что предлагаемая железнодорожная цистерна для транспортировки жидких грузов, включающая установленный на ходовой части посредством рамы котел в виде горизонтальной емкости, составляющей из эллиптических днищ и цилиндрической обечайки, выполненной из трех царг, из которых концевые соединены с днищами и свободно размещены на раме, а средняя царга посредством фасонных лап жестко закреплена на раме и имеет люк и сливное устройство. Обечайка выполнена таким образом, что отношение толщин верхних ее листов к нижним броневым составляет 1:1,2, при этом продольный сварной шов между верхним и нижним листами концевых царг выполнен под углом не менее 95 градусов от нижней образующей котла, а кольцевой сварной шов между средней и концевой царгой выполнен на расстоянии не менее 0,23 0,24 от общей длины обечайки, причем сварной шов между нижним броневым и последующими листами средней царги выполнен под углом не менее 40 градусов от нижней образующей котла. This goal is achieved by the fact that the proposed railway tanker for transporting liquid cargo, including a boiler mounted on the chassis through the frame in the form of a horizontal tank, consisting of elliptical bottoms and a cylindrical shell, made of three casing, of which the ends are connected to the bottoms and freely placed on frame, and the middle drawer by means of shaped paws is rigidly fixed to the frame and has a hatch and a drain device. The shell is made in such a way that the ratio of the thicknesses of its upper sheets to the lower armor is 1: 1.2, while the longitudinal weld between the upper and lower sheets of the end sections is made at an angle of at least 95 degrees from the lower generatrix of the boiler, and the ring weld between the middle and end collet is made at a distance of at least 0.23 0.24 from the total length of the shell, and the weld between the lower armor plate and subsequent sheets of the middle collet is made at an angle of at least 40 degrees from the lower generatrix of the boiler.

Средняя царга выполнена из пяти продольных листов, четыре из которых имеют равную ширину, а пятый составляет не более 0,5 от ширины одного из них. The middle czar is made of five longitudinal sheets, four of which are of equal width, and the fifth is not more than 0.5 of the width of one of them.

На фигуре 1 представлен общий вид предлагаемой железнодорожной цистерны для транспортировки жидких грузов, на фиг.2 сечение А А на фиг.1; на фиг.3 сечение Б Б на фиг.1; на фиг.4 изображен раскрой обечайки. The figure 1 presents a General view of the proposed railway tank for transporting liquid cargo, figure 2 section a And figure 1; figure 3 section B B in figure 1; figure 4 shows the cutting shell.

Железнодорожная цистерна для транспортировки жидких грузов (фиг.1) содержит ходовые части 1, раму вагона 2 и котел в виде горизонтально расположенной емкости, собранной из трех царг 3 и 4 и двух эллиптических днищ 5. С торца котла концевые царги 3, соединены с днищем 5. The railway tank for transporting liquid cargo (figure 1) contains the chassis 1, the frame of the car 2 and the boiler in the form of a horizontally arranged container assembled from three drawers 3 and 4 and two elliptical bottoms 5. At the end of the boiler, the end drawers 3 are connected to the bottom 5.

Средняя царга 4 котла снабжена сверху люком 6 с ригельной крышкой, предназначенным для залива продуктов и обеспечения герметичности котла. Рядом с люком устанавливается предохранительно впускной клапан, отрегулиpованный на избыточное давление и вакуум. Котел имеет нижний слив и оборудован унивеpсальным сливным прибором 7, расположенным в середине котла. Для обеспечения полного слива продукта нижний лист котла имеет уклон к сливному прибору. Для предотвращения продольных смещений средняя часть котла связана с рамой фасонными лапами 8, приваренными к нижнему листу котла и соединенными призонными болтами к лапам рамы, которые приварены к хребтовой балке. Концевые царги котла свободно лежат на деревянных брусках, укрепленных болтами в металлических желобах опор, установленных на шкворневых балках рамы. Для обеспечения вертикальных и поперечных перемещений использованы стяжные хомуты 9, которыми котел крепится к крайним опорам. The middle tsar 4 of the boiler is equipped with a hatch 6 with a bolt cover on top, designed to fill the products and ensure the tightness of the boiler. A safety inlet valve is installed next to the hatch, adjusted for overpressure and vacuum. The boiler has a bottom drain and is equipped with a universal drain device 7 located in the middle of the boiler. To ensure complete draining of the product, the bottom sheet of the boiler has a bias towards the drain device. To prevent longitudinal displacements, the middle part of the boiler is connected to the frame by shaped legs 8, welded to the bottom sheet of the boiler and connected by tightening bolts to the legs of the frame, which are welded to the spine beam. The end caps of the boiler lie freely on wooden bars, bolted in the metal grooves of the supports mounted on the pivot beams of the frame. To ensure vertical and lateral movements, tie clamps 9 are used, with which the boiler is attached to the extreme supports.

Котел представляет собой сварную конструкцию, состоящую из трех царг, сваренную заранее в одну обечайку и двух днищ эллиптической формы с высотой выпуклой части равной 0,25 от внутреннего диаметра. The boiler is a welded structure consisting of three casing, pre-welded in one shell and two elliptical bottoms with a convex part height of 0.25 of the inner diameter.

Заготовку днища котла изготавливают из двух половин со сварным швом посредине. Листы раскраивают, затем режут газовой резкой, правят и фрезеруют на строгальном станке для обработки кромок для автоматическую сварку. Стыковой шов выполняют с двух сторон автоматической сваркой на сварочном стенде под слоем флюса с флюсовой подушкой. Из заготовки плазменной резкой вырезают круг, из которого на прессе штампуют днище. После штамповки кромки обрезают и зачищают под сварку шлифовальной машинкой. The boiler bottom blank is made of two halves with a weld in the middle. Sheets are cut, then cut by gas cutting, straightened and milled on a planer for processing edges for automatic welding. A butt weld is performed on both sides by automatic welding on a welding stand under a flux layer with a flux pad. A circle is cut from the workpiece by plasma cutting, from which the bottom is stamped on the press. After stamping, the edges are cut and cleaned for welding with a grinder.

Обечайка (фиг.2) выполнена из двух концевых 3 и средней 4 царг, соотношение толщин верхних S₁ листов обечайки к нижним бpоневым S составляет 1: 1,2. Заготовка концевых царг (фиг.2) выполнена из двух продольных листов, размер которых b₂ и b₃ выполнены с учетом того, что при сварке продольного сварного шва между ними образовался угол не менее 95 градусов от нижней образующей обечайки, а размер l₂ выбран с учетом соотношения не менее 0,23 ^oC 0,24 к общей длине обечайки L.The shell (figure 2) is made of two end 3 and middle 4 tsar, the ratio of the thicknesses of the upper S ₁ sheets of the shell to the lower arm S is 1: 1.2. The workpiece end collet (figure 2) is made of two longitudinal sheets, the size of which b ₂ and b ₃ made taking into account the fact that when welding a longitudinal weld between them formed an angle of at least 95 degrees from the lower generatrix of the shell, and the size l ₂ selected taking into account a ratio of at least 0.23 ^o C 0.24 to the total length of the shell L.

Средняя царга, длина которой l₁ выполнена из пяти продольных листов, ширина b четырех из которых равны между собой, а пятая b₁ выполнена не менее 0,5b, причем при сборке обечайки продольный сварной шов между нижним броневым и последующими листами должен быть выполнен под углом не менее 40 градусов от нижней образующей котла.The middle casing, the length of which l _{1 is} made of five longitudinal sheets, the width b of four of which are equal to each other, and the fifth b _{1 is} made of at least 0.5 b, and when assembling the shell, the longitudinal weld between the lower armor plate and subsequent sheets should be made under angle of at least 40 degrees from the lower generatrix of the boiler.

Заготовки царг раскраиваются и режутся в размер на гильотинных ножницах, стыкуются между собой прихватками, затем кромки и околошовные зоны зачищаются и завариваются стыковыми швами под слоем флюса на флюсовой подушке. Собранные царги завальцовывают в вальцах с подгибкой кромок, которые затем прихватываются и завариваются встык автоматической сваркой с двух сторон. Tsag blanks are cut and cut to size on guillotine shears, joined together with tacks, then the edges and heat-affected zones are cleaned and welded with butt welds under a flux layer on the flux pad. The assembled drawers are rolled in rolls with hemming, which are then tacked and welded end-to-end by automatic welding on both sides.

Готовые царги собирают в обечайку, совмещая при этом осевые линии броневых листов встык на гидроскобе. Днища подгоняют к обечайке и прихватывают электросваркой. Затем размечают и вырезают разрезают отверстия под люк, сливной прибор, бобышку под клапан. Заваривают четыре кольцевых стыка с двух сторон автоматической сваркой под слоем флюса и собирают люк, сливной прибор, бобышку под предохранительный клапан с корпусом котла. Ready czars are collected in a shell, combining at the same time the axial lines of the armor plates end-to-end on the scraper. The bottoms are adjusted to the side and seized by electric welding. Then they mark out and cut out openings under the hatch, a drain device, a boss under the valve. Four ring joints are welded on both sides by automatic welding under a flux layer and a hatch, a drain device, a boss under the safety valve with the boiler body are assembled.

Исследование напряженного состояния котла цистерны под давлением при транспортировке жидких грузов позволяет выявить наиболее загруженные участки котла, определяющие в целом его прочность. На усталостную прочность сварных швов влияет напряженно-деформированное состояние при действии опорного давления от массы котла. The study of the stress state of the tank boiler under pressure during transportation of liquid cargo allows us to identify the most loaded sections of the boiler, which determine its overall strength. The fatigue strength of welds is affected by the stress-strain state under the action of the reference pressure from the mass of the boiler.

Максимальные напряжения в среднем сечении опоры котла концевых царг достигает 108 МПа, что меньше допустимо 263,5 МПа более, чем в два раза. Это свидетельствует, что продольный сварной шов в опорной концевой царге под углом не менее 95 градусов от нижней образующей котла расположен рационально. Кольцевой сварной шов между средней и концевой царгой выполненный на расстоянии не менее 0,23 ^oC 0,24 от общей длины обечайки (цилиндрической части котла) также в низконагруженной зоне 52,4 МПа (уровень напряжений в два раза ниже чем в опоре). Нижний продольный сварной шов в средней царге также расположен в зоне, где уровень напряжений от опорного давления невысок. Поэтому котел в целом обладает улучшенными прочностными характеристиками.The maximum stresses in the middle section of the support of the boiler end of the casing reaches 108 MPa, which is less than the permissible 263.5 MPa more than twice. This indicates that the longitudinal weld in the supporting end section at an angle of at least 95 degrees from the lower generatrix of the boiler is located rationally. An annular weld between the middle and end of the collet is made at a distance of not less than 0.23 ^o C 0.24 of the total length of the shell (the cylindrical part of the boiler) also in the low-loaded zone of 52.4 MPa (stress level is two times lower than in the support). The lower longitudinal weld in the middle side is also located in the zone where the stress level from the reference pressure is low. Therefore, the boiler as a whole has improved strength characteristics.

Обеспечение соотношений толщин верхних листов обечайки к нижним броневым как 1:1,2, а также выполнение продольного сварного шва концевых царг на расстоянии не менее 95 градусов от нижней образующей котла, выполнение кольцевого сварного шва между средней и концевой царгой на расстоянии не менее 0,23 ^oC 0,24 от обечайки длины обечайки, а выполнение сварного шва между нижним броневым и последующими листами средней царги под углом не менее 40 градусов от нижней образующей котла и увеличение высоты выпуклой части днища до 0,25 от внутреннего диаметра при сохранении габаритных размеров позволило:
1. Обеспечивать высокую прочность котла и надежность перевозки жидких грузов;
2. Увеличить грузоподъемность на 10% например при перевозке светлых нефтепродуктов;
3. Улучшить коммерческие качества цистерны за счет увеличения массы перевозимых грузов на 10%
4. Обеспечить экологическую безопасность за счет увеличения свободного объема котла.Ensuring the ratio of the thicknesses of the upper sheets of the shell to the lower armor plates as 1: 1.2, as well as the execution of a longitudinal weld of the end sections at a distance of at least 95 degrees from the lower generatrix of the boiler, the execution of the ring weld between the middle and end sections at a distance of at least 0, 23 ^o C 0,24 of the sleeve the sleeve length, and the execution of the weld between the lower armor and subsequent sheets tsargi average angle of at least 40 degrees from the lower generatrix of the boiler and an increase in the height of the convex portion of the bottom to 0.25 of the internal diameter n and maintaining the dimensions allowed:
1. To provide high boiler strength and reliability of liquid cargo transportation;
2. Increase carrying capacity by 10%, for example, when transporting light petroleum products;
3. To improve the commercial quality of the tank by increasing the mass of transported goods by 10%
4. Ensure environmental safety by increasing the free volume of the boiler.

Claims

1. A railway tank truck for transporting liquid cargo, including a boiler mounted on the chassis through the frame in the form of a horizontal tank consisting of elliptical bottoms and a cylindrical shell made of three legs, the end of which are connected to the bottoms and freely placed on the frame, and the middle side by means of shaped paws, it is rigidly fixed to the frame and has a hatch and a drain device, characterized in that each collet of the cylindrical shell is made of interconnected upper sheets and lower armors sheets in such a way that the ratio of the thicknesses of the upper sheets to the lower armor plates is 1.2, and each longitudinal weld between the upper and lower armor sheets of each end box is made so that the angle between it and the lower generatrix of the boiler is at least 95 ^o and each annular weld between the middle and end of the drawer is made at a distance from the elliptical bottom equal to at least 0.23 0.24 of the total length of the shell, and the weld between the lower armor and subsequent sheets of the middle drawer is made at an angle of at least 40 ^o from lower generatrix of the boiler.

2. The tank according to claim 1, characterized in that the middle tsar is made of five sheets, four of which are of equal width, and the fifth is at least 0.5 of the width of one of the four.