RU2207310C1

RU2207310C1 - Tank-container

Info

Publication number: RU2207310C1
Application number: RU2001133617/13A
Authority: RU
Inventors: А.Ф. Ермоленко; А.И. Ефимов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Научно-технический центр "Металлкомпозит"
Priority date: 2001-12-14
Filing date: 2001-12-14
Publication date: 2003-06-27

Abstract

FIELD: transport engineering. SUBSTANCE: invention relates to containers for transportation and storage of liquids and gases and it can be used in railway, road and water transport. Proposed tank-container has tank with convex end plates, two end face rectangular frames consisting of posts and crossmembers connected at corners by angular fittings and at spans, by diagonal braces. Tank-to-end frame fastening system includes at least lower support beams arranged in pairs at each side of tank and secured by some ends of corresponding angular fittings and by other ends, through pad members, on cylindrical part of tank lower than its horizontal axis of symmetry within zones chosen on tank surface with account of minimization of power actions caused by external actions on container, on tank, lower support beams and angular fittings of end face frame. Each zone is arranged between two generatrices of tank cylindrical surface corresponding to angles of 30o and 60o relative to horizontal axis of symmetry of tank and is limited in axial direction by arcs of two circumferences passing along cylindrical surface of tank at distance from corresponding angular fitting measured along longitudinal axis of tank equal to 0.8R and 1.2R, respectively, where R is outer radius of tank. Invention provides reduction of cost of manufacture. EFFECT: improved reliability of tank-container, reduced material usage. 3 dwg

Description

Область техники
Изобретение относится к емкостям для хранения и транспортирования жидкостей и газов и может быть использовано на железнодорожном, автомобильном и водном транспорте.Technical field
The invention relates to containers for storage and transportation of liquids and gases and can be used in rail, road and water transport.

Предшествующий уровень техники
При транспортировке контейнеров-цистерн на торцевые рамы контейнера воздействуют нагрузки, вызванные ускорением контейнера в направлении его продольной оси, существенно, в 4 раза, превышающие вес груженого контейнера. Указанные нагрузки передаются на цистерну через нижние опорные балки, закрепленные одними концами на цистерне, другими - на угловых фитингах торцевых рам.State of the art
When transporting tank containers, the end frames of the container are exposed to loads caused by the acceleration of the container in the direction of its longitudinal axis, significantly 4 times the weight of the loaded container. The indicated loads are transferred to the tank through the lower support beams fixed at one end to the tank and the other at the corner fittings of the end frames.

В известных решениях контейнеров-цистерн зона закрепления нижних опорных балок на цилиндрической цистерне не обосновывается и не рассматривается в качестве критического фактора разрушения угловых фитингов, самих балок и даже цистерны (см. RU патенты по кл. B 65 D 88/12 2072956, опубл. 10.02.97, бюл. 4; 2115606, опубл. 20.07.98, бюл. 20; 2143992, опубл. 10.01.2000, бюл. 1). In well-known solutions of tank containers, the zone of attachment of the lower support beams on a cylindrical tank is not justified and is not considered as a critical factor in the destruction of corner fittings, beams themselves and even tanks (see RU patents according to class B 65 D 88/12 2072956, publ. 02.10.97, bull. 4; 2115606, publ. 07.20.98, bull. 20; 2143992, publ. 10.01.2000, bull. 1).

Соединение нижних опорных балок с цистерной в каждом из указанных решений выполнено на ее нижней поверхности вдоль центральной образующей, причем балки, идущие от фитингов одной и той же рамы, попарно примыкают друг к другу под углом, составляющим приблизительно 90^o.The connection of the lower support beams with the tank in each of these solutions is made on its lower surface along the central generatrix, and the beams coming from fittings of the same frame are pairwise adjacent to each other at an angle of approximately 90 ^o .

В других известных решениях зона закрепления нижних опорных балок на цистерне ограничена углом в 45^o, отсчитываемым от вертикальной центральной плоскости контейнера, а их длина не рассматривается как конструктивный параметр, связанный с углом, и определяется расположением кольцевых шпангоутов или других конструктивных элементов на цистерне (например, расположением опорных площадок для транспортировки контейнера автомобильным транспортом), при этом конструкция балок усложнена, вес завышен (см. UK заявка 2168415 А, кл. B 65 D 88/12, опубл. 18.06.1986; US патент 5083673, фиг.1, нац. класс 220-1.5, опубл. 28.06.1992, ЕПВ патент 0425190 А1, кл. B 65 D 88/12, опубл. 02.05.91).In other known solutions, the fixing zone of the lower support beams on the tank is limited by an angle of 45 ^o , measured from the vertical central plane of the container, and their length is not considered as a design parameter associated with the angle, and is determined by the location of the ring frames or other structural elements on the tank (for example , the location of the supporting platforms for transporting the container by road), while the design of the beams is complicated, the weight is too high (see UK application 2168415 A, CL B 65 D 88/12, publ. 06/18/1986; US atent 5083673, Figure 1, nat. class 220-1.5, publ. 06.28.1992, EPO Patent Application 0425190 A1, cl. B 65 D 88/12, publ. 02.05.91).

Указанные решения, не рассматривающие угол установки и длину опорных балок в качестве конструктивных параметров, определяющих работу контейнера при наиболее тяжелых видах нагружения, а также связь и взаимное влияние этих параметров, не являются оптимальными, приводят к возникновению больших нагрузок, действующих на опорные балки, угловые фитинги и на цистерну. Крепление опорных балок к шпангоутам и другим конструктивным элементам контейнера приводит к возникновению изгибающих моментов, вызывающих дополнительные напряжения в элементах конструкции контейнера. These solutions, which do not consider the installation angle and the length of the support beams as structural parameters that determine the operation of the container under the most severe types of loading, as well as the relationship and mutual influence of these parameters, are not optimal, they cause large loads acting on the support beams, angular fittings and to the tank. The fastening of the support beams to frames and other structural elements of the container leads to bending moments that cause additional stresses in the structural elements of the container.

Неоправданно большие нагрузки в неоптимизированной конструкции при эксплуатации контейнера приводят к разрушению угловых фитингов, сварных швов в зонах приварки балок к фитингам и к цистерне, необратимым деформациям опорных балок, необратимым деформациям и трещинам в силовой оболочке цистерны. Unreasonably large loads in an unoptimized design during operation of the container lead to the destruction of corner fittings, welds in the areas of beam welding to fittings and the tank, irreversible deformations of the support beams, irreversible deformations and cracks in the power shell of the tank.

Для повышения прочности в известных конструкциях используют более массивный профиль для балок, более толстые подкладные элементы и даже увеличивают толщину стенки цистерны. Кроме того, направленные под острым углом к поверхности цистерны опорные балки нетехнологичны, так как их практически невозможно приварить к цистерне по внутренней линии их контакта с цистерной. To increase the strength in known designs use a more massive profile for beams, thicker underlay elements and even increase the wall thickness of the tank. In addition, the support beams directed at an acute angle to the surface of the tank are not technologically advanced, since it is practically impossible to weld to the tank along the internal line of their contact with the tank.

Все это увеличивает трудоемкость и материалоемкость конструкции, снижает ее эффективность как в процессе производства, так и при эксплуатации. All this increases the complexity and material consumption of the structure, reduces its effectiveness both in the production process and during operation.

Таким образом, с соответствующим выбором зоны закрепления нижних опорных балок на цистерне контейнера связано решение ряда проблем, включающих обеспечение прочности, устойчивости, снижение материалоемкости, повышение технологичности и, в конечном счете, обеспечение эффективности и надежности конструкции контейнера. Thus, with the appropriate choice of the zone of fastening of the lower support beams on the container tank, a number of problems are associated, including ensuring strength, stability, reducing material consumption, improving manufacturability and, ultimately, ensuring the efficiency and reliability of the container design.

Контейнер-цистерна по US патенту 5083673, фиг.1, является наиболее близким к заявляемому по технической сущности и выбран в качестве ближайшего аналога (прототипа). The tank container according to US patent 5083673, figure 1, is the closest to the claimed technical essence and is selected as the closest analogue (prototype).

Раскрытие изобретения
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка контейнера-цистерны с оптимальной схемой размещения нижних опорных балок на цистерне, обеспечивающей прочность и устойчивость балок, прочность цистерны и угловых фитингов, снижение материалоемкости и повышение технологичности конструкции.Disclosure of Invention
The technical problem to which the invention is directed is the development of a tank container with an optimal layout of the lower support beams on the tank, ensuring the strength and stability of the beams, the strength of the tank and corner fittings, reducing material consumption and increasing the manufacturability of the structure.

Технический результат, который может быть получен от использования изобретения, заключается в повышении надежности конструкции контейнера-цистерны. The technical result that can be obtained from the use of the invention is to increase the reliability of the design of the tank container.

Для решения поставленной задачи в контейнере-цистерне, содержащем цистерну, имеющую продольную ось и длину, большую ее диаметра, состоящую из цилиндрической части, имеющей горизонтальную ось симметрии, и выпуклых торцевых днищ, две торцевые прямоугольные рамы, состоящие каждая из стоек и поперечин, соединенных угловыми фитингами, служащими для фиксации контейнера на транспортных средствах и его подъема при погрузочных и разгрузочных операциях, а по пролетам - диагональными распорками, и систему крепления цистерны к торцевым рамам, включающую, по меньшей мере, нижние опорные балки, расположенные попарно с каждой стороны цистерны, закрепленные одними концами на соответствующих угловых фитингах, другими - через подкладные элементы на цилиндрической части цистерны ниже ее горизонтальной оси в пределах выбранной зоны, согласно изобретению зона закрепления конца каждой нижней опорной балки на цилиндрической части цистерны выбрана с учетом минимизации силовых воздействий на цистерну, нижние опорные балки и угловые фитинги, вызванных внешними нагрузками на контейнер, расположена между двумя образующими цилиндрической поверхности указанной части цистерны, соответствующими углам в 30^o и 60^o к горизонтальной оси симметрии цистерны, и ограничена в осевом направлении дугами двух окружностей, проходящих по цилиндрической поверхности цистерны и отстоящих от соответствующего углового фитинга на расстояние, измеренное вдоль продольной оси цистерны, равное, соответственно, 0,8R и 1,2R, где R - наружный радиус цистерны.To solve the problem in a tank container containing a tank having a longitudinal axis and a length greater than its diameter, consisting of a cylindrical part having a horizontal axis of symmetry, and convex end bottoms, two end rectangular frames, each consisting of racks and cross members connected corner fittings, which serve to fix the container on vehicles and lift it during loading and unloading operations, and on spans - with diagonal struts, and the tank mounting system to the end frames, including at least lower support beams arranged in pairs on each side of the tank, fixed at one end on the corresponding corner fittings, and on the other, through the backing elements on the cylindrical part of the tank below its horizontal axis within the selected zone, according to the invention, an end fixing zone for each lower the support beam on the cylindrical part of the tank is selected taking into account the minimization of force effects on the tank, the lower support beams and corner fittings caused by external loads on the container ozhena between the two generators of the cylindrical surface of said part of the tank, the respective angles of 30 ^o and 60 ^o to the horizontal axis of the tank of symmetry, and is bounded axially by arcs of two circles, extending along the cylindrical surface of the tank and spaced from a respective corner fitting by a distance, measured along the longitudinal the axis of the tank, respectively, equal to 0.8R and 1.2R, where R is the outer radius of the tank.

Отличительными от прототипа особенностями заявляемого контейнера-цистерны являются следующие признаки:
- выбор зоны закрепления конца каждой нижней опорной балки на цилиндрической части цистерны с учетом минимизации силовых воздействий на цистерну, нижние опорные балки и угловые фитинги, вызванных внешними нагрузками на контейнер;
- расположение зоны в окружном направлении между двумя образующими цилиндрической поверхности цилиндрической части цистерны, соответствующими углам в 30^o и 60^o к горизонтальной оси симметрии цистерны;
- ограничение зоны в осевом направлении дугами двух окружностей, проходящих по цилиндрической поверхности цистерны и отстоящих от соответствующего углового фитинга на расстояние, измеренное вдоль продольной оси цистерны, равное, соответственно, 0,8R и 1,2R, где R - наружный радиус цистерны.Distinctive features of the prototype features of the inventive tank container are the following features:
- selection of the zone of fastening of the end of each lower support beam on the cylindrical part of the tank, taking into account the minimization of force effects on the tank, lower support beams and corner fittings caused by external loads on the container;
- the location of the zone in the circumferential direction between two generators of the cylindrical surface of the cylindrical part of the tank, corresponding to angles of 30 ^o and 60 ^o to the horizontal axis of symmetry of the tank;
- restriction of the zone in the axial direction by arcs of two circles passing along the cylindrical surface of the tank and separated from the corresponding corner fitting by a distance measured along the longitudinal axis of the tank, equal to, respectively, 0.8R and 1.2R, where R is the outer radius of the tank.

Указанные отличительные признаки, каждый в отдельности и все совместно, направлены на решение поставленной задачи и являются существенными. These distinctive features, each individually and all together, are aimed at solving the problem and are significant.

Использование совокупности этих признаков в известном уровне техники, аналогах и прототипе не обнаружено. Using the combination of these features in the prior art, analogues and prototype is not found.

Единая совокупность новых существенных признаков с общими известными позволит решить поставленную задачу. A single set of new essential features with common known will solve the problem.

По сравнению с ближайшим аналогом (прототипом) заявляемый контейнер-цистерна обладает повышенной надежностью за счет использования оптимальной схемы размещения нижних опорных балок на цистерне, выбранной с учетом минимизации силовых воздействий на цистерну, нижние опорные балки и угловые фитинги торцевых рам, вызванных внешними нагрузками на контейнер. Compared with the closest analogue (prototype), the inventive container tank has increased reliability due to the use of the optimal layout of the lower support beams on the tank, selected to minimize force on the tank, lower support beams and corner fittings of the end frames caused by external loads on the container .

Указанная схема включает зоны, в пределах которых (и только в них) можно без ущерба для прочности и устойчивости конструкции закреплять нижние опорные балки. The indicated scheme includes zones within which (and only in them) it is possible to fix the lower support beams without damage to the strength and stability of the structure.

Выход за пределы этих зон приводит к снижению способности балок к восприятию нагрузок и повышению напряженного состояния цистерны и фитингов. Going beyond these zones leads to a decrease in the ability of the beams to absorb loads and increase the stress state of the tank and fittings.

Местоположение зон определено расчетным путем и подтверждено экспериментально путем нагружения натурного образца в соответствии с программой испытаний контейнеров-цистерн, включающей приложение к контейнеру вертикальных, продольных и поперечных нагрузок, имитирующих эксплуатационные. The location of the zones was determined by calculation and confirmed experimentally by loading a full-scale specimen in accordance with the testing program for tank containers, including the application of vertical, longitudinal and transverse loads to the container that simulate operational loads.

Полученные расчетные и экспериментальные результаты позволили локализовать зоны оптимального закрепления нижних опорных балок на цистерне ниже ее горизонтальной оси симметрии и описать их расположение через углы, отсчитываемые от указанной оси симметрии цистерны и определяющие положение образующих, ограничивающих зоны в окружном направлении, и через расстояние, отсчитываемое от углового фитинга, определяющее положение границ зоны в осевом направлении. The calculated and experimental results made it possible to localize the zones of optimal fastening of the lower support beams on the tank below its horizontal axis of symmetry and to describe their location through the angles counted from the indicated axis of symmetry of the tank and determining the position of generators bounding the zones in the circumferential direction and through the distance counted from corner fitting, which defines the position of the zone boundaries in the axial direction.

Таким образом, в отличие от прототипа в заявляемом контейнере-цистерне нижние опорные балки закрепляют не произвольно, с неблагоприятными последствиями для прочности цистерны, угловых фитингов и самих опорных балок, привязывая их установку к расположению других элементов конструкции (шпангоутов, опорных площадок и т. п.), а в пределах зон, обеспечивающих наиболее выгодные для конструкции контейнера условия работы. Thus, unlike the prototype in the inventive tank container, the lower support beams are not fixed arbitrarily, with adverse consequences for the strength of the tank, corner fittings and the support beams themselves, tying their installation to the location of other structural elements (frames, supporting platforms, etc. .), and within the zones providing the most favorable working conditions for the container design.

Знание расположения указанных зон позволяет создать более прочную, надежную и технологичную конструкцию с меньшей по отношению к аналогу материалоемкостью. Knowing the location of these zones allows you to create a more durable, reliable and technologically advanced design with less material consumption in relation to the analogue.

В зависимости от системы крепления цистерны к торцевым рамам, а она может включать только нижние опорные балки или, кроме них, переходные обечайки в виде оболочек вращения или в виде отдельных криволинейных панелей, а также верхние опорные балки, вес нижних опорных балок и подкладных элементов может быть увеличен или уменьшен, но он никогда не будет избыточным вследствие точного знания нагрузок, приходящихся на их долю. Depending on the system of attachment of the tank to the end frames, and it can include only the lower support beams or, in addition to them, transition shells in the form of shells of revolution or in the form of separate curved panels, as well as upper support beams, the weight of the lower support beams and underlay elements may be increased or decreased, but it will never be redundant due to the exact knowledge of the loads attributable to them.

Расположение балок в заявляемых зонах под менее острыми углами, чем в прототипе, обеспечивает более высокую технологичность монтажа конструкции и ее прочность и надежность благодаря более благоприятному расположению свариваемых элементов, возможности контроля качества сварных швов на всем их протяжении, существенно меньшей суммарной длине сварных швов. The location of the beams in the claimed areas at less acute angles than in the prototype, provides a higher adaptability of the installation of the structure and its strength and reliability due to the more favorable location of the welded elements, the ability to control the quality of welds along their entire length, significantly less than the total length of the welds.

Заявляемые зоны определены для стандартных большегрузных контейнеров с цистерной, имеющей длину, большую ее диаметра. В конструкциях контейнеров с цистернами иных размеров аналогичные зоны следует определять отдельно. The inventive zones are defined for standard heavy containers with a tank having a length greater than its diameter. In the construction of containers with tanks of other sizes, similar zones should be determined separately.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 представлен контейнер-цистерна, общий вид, на фиг.2 - то же, вид сбоку, на фиг.3 представлено схематическое изображение одной из зон закрепления на цистерне контейнера нижней опорной балки. Зоны закрепления остальных балок аналогичны представленной и располагаются на поверхности цистерны симметрично ей. The invention is illustrated by drawings. Figure 1 shows the container tank, a General view, figure 2 is the same side view, figure 3 shows a schematic illustration of one of the zones of fastening on the tank container of the lower support beam. The fixing zones of the remaining beams are similar to those presented and are located on the surface of the tank symmetrically to it.

Контейнер-цистерна содержит цистерну 1 с наружным радиусом R, равным 1,25 м и длиной L, равной 6 м, имеющую продольную ось O₁ и горизонтальную ось симметрии O₂, состоящую из цилиндрической части 2 и двух выпуклых торцевых днищ 3, две торцевые прямоугольные рамы 4 и систему крепления цистерны 1 к торцевым рамам 4, включающую нижние опорные балки 5 (фиг.1, 2).The tank container contains a tank 1 with an outer radius R of 1.25 m and a length L of 6 m, having a longitudinal axis O ₁ and a horizontal axis of symmetry O ₂ , consisting of a cylindrical part 2 and two convex end faces 3, two end rectangular frames 4 and the mounting system of the tank 1 to the end frames 4, including the lower support beams 5 (Fig.1, 2).

Каждая прямоугольная торцевая рама 4 содержит две поперечины 6 (верхнюю и нижнюю) и две стойки 7, соединенные между собой по углам угловыми фитингами 8, а по пролетам - диагональными распорками 9 (фиг.2). Each rectangular end frame 4 contains two cross members 6 (upper and lower) and two posts 7, interconnected at the corners by corner fittings 8, and along the spans - diagonal struts 9 (figure 2).

Нижние опорные балки 5, имеющие прочность, рассчитанную на воздействие заданных внешних нагрузок, расположены попарно с каждой стороны цистерны 1. Каждая из них закреплена одним ее концом на угловом фитинге 8, а другим - через подкладной элемент 10 на цилиндрической части 2 цистерны 1 ниже ее горизонтальной оси симметрии O₂ в зоне 11, выбранной с учетом минимизации силовых воздействий на цистерну 1, нижние опорные балки 5 и угловые фитинги 8, вызванных воздействием внешних нагрузок на контейнер (фиг.3).The lower support beams 5, having a strength calculated for the action of specified external loads, are arranged in pairs on each side of the tank 1. Each of them is fixed at one of its ends to the corner fitting 8, and the other through the underlay element 10 on the cylindrical part 2 of the tank 1 below it the horizontal axis of symmetry O ₂ in zone 11, selected taking into account the minimization of force effects on the tank 1, the lower support beams 5 and the corner fittings 8, caused by the action of external loads on the container (Fig. 3).

На фиг.3 справа показана зона 11 на схематическом изображении общего вида контейнера-цистерны. Как видно, зона 11 расположена между образующими АВ и CD цилиндрической поверхности цистерны 1, которые соответствуют углам в 30^oи 60^o к горизонтальной оси симметрии О₂ цистерны 1. В осевом направлении зона 11 ограничена дугами EF и GH, принадлежащими, соответственно, двум окружностям а и b на цилиндрической поверхности цистерны 1, расположенным на расстоянии 1 м (0,8R) и 1,5 м (1,2R) от углового фитинга 8.Figure 3 on the right shows a zone 11 in a schematic representation of a General view of the tank container. As you can see, zone 11 is located between the generators AB and CD of the cylindrical surface of the tank 1, which correspond to angles of 30 ^o and 60 ^o to the horizontal axis of symmetry О _{2 of the} tank 1. In the axial direction, the zone 11 is bounded by arcs EF and GH belonging, respectively, to two circles a and b on the cylindrical surface of the tank 1, located at a distance of 1 m (0.8R) and 1.5 m (1.2R) from the corner fitting 8.

На фиг. 3 слева показано на схематическом изображении вида сбоку определение местоположения образующих АВ и CD на цилиндрической поверхности цистерны 1 через точки P₁ и P₂ пересечения сторон углов в 30^o и 60^o с указанной поверхностью.In FIG. Figure 3 on the left shows a schematic side view of the location of the generators AB and CD on the cylindrical surface of the tank 1 through the points P ₁ and P _{2 of the} intersection of the sides of the angles of 30 ^o and 60 ^o with the specified surface.

Кроме более благоприятного распределения нагрузок, действующих на балку, цистерну и угловой фитинг, пределы указанной зоны позволяют закрепить балку под менее острым углом к цистерне, чем в прототипе, обеспечить более высокую технологичность монтажа конструкции и ее прочность и надежность благодаря более благоприятному расположению свариваемых элементов, возможности контроля качества сварных швов на всем их протяжении, существенно меньшей суммарной длины сварных швов. In addition to a more favorable distribution of the loads acting on the beam, the tank and the corner fitting, the limits of this zone allow the beam to be fixed at a less acute angle to the tank than in the prototype, to provide higher adaptability of the structure and its strength and reliability due to the more favorable arrangement of the elements being welded, the ability to control the quality of welds along their entire length, significantly less than the total length of the welds.

Таким образом, контейнер-цистерна с предлагаемыми зонами закрепления на цистерне нижних опорных балок более технологичен, надежен и менее материалоемок. Thus, the container tank with the proposed zones of fastening on the tank lower support beams is more technological, reliable and less material intensive.

Промышленная применимость
Контейнер-цистерну заявляемой конструкции изготавливают в промышленных условиях на стандартном оборудовании.Industrial applicability
The tank container of the claimed design is manufactured in an industrial environment using standard equipment.

Claims

A tank container containing a tank having a longitudinal axis and a length greater than its diameter, consisting of a cylindrical part having a horizontal axis of symmetry, and convex end bottoms, two end rectangular frames, each consisting of posts and cross members connected at the corners by corner fittings, and along the spans - with diagonal struts, and the system of fastening the tank to the end frames, including at least the lower support beams located in pairs on each side of the tank, fixed at one end to the corresponding fittings, others - through the backing elements on the cylindrical part of the tank below its horizontal axis of symmetry within the selected zones, characterized in that the zone of fastening the end of each lower support beam on the cylindrical part of the tank is selected taking into account the minimization of force effects on the tank, lower support beams and the corner fittings of the end frames caused by external loads on the container are located between two generatrices of the cylindrical surface of the indicated part of the tank, corresponding to angles of 30 and 60 ^o to the mountains the axis of symmetry of the tank, and axially bounded by arcs of two circles located on the cylindrical surface of the tank and separated from the corresponding corner fitting by a distance measured along the longitudinal axis of the tank, equal to 0.8R and 1.2R, respectively, where R is the outer radius tanks.