Устройство для защиты железнодорожной цистерны

Устройство для защиты железнодорожной цистерны

Реферат

 

Устройство предназначено для обеспечения защиты котла цистерн различного конструктивного исполнения и назначения от воздействия пуль, осколков и крупных частиц грунта во время стоянки и в движении, причем защиты, не обуславливающей дополнительных массовых нагрузок на котел и оси колесных пар тележек ходовой части. Устройство для защиты содержит расположенный с зазором относительно котла цистерны защитный экран, который выполнен из стационарных и поворотных секций и сегментов и снабжен несущим каркасом, включающим верхний и нижний несущие пояса, основные и вспомогательные несущие стойки. По меньшей мере одна пара основных несущих стоек расположена соответственно на диаметрально противоположных сторонах котла, взаимодействует через последовательно соединенные друг с другом раскосы, опорные стойки, демпфирующие устройства и соединения свободного вращения с дополнительной колесной парой, расположенной между тележками ходовой части цистерны, и присоединена через узлы крепления к элементам ходовой части цистерны. Все несущие стойки каркаса снабжены присоединенными к ним профилированными амортизирующими элементами, расположенными с зазором и эквидистантно относительно поверхности котла, а торцевые участки несущего каркаса соединены с консольными участками хребтовой балки цистерны через соединительные элементы. Устройство для защиты позволяет исключить возможность повреждения котлов цистерн и последующего опасного воздействия перевозимых грузов на окружающую среду. 12 ил.

Предлагаемое изобретение относится к средствам защиты железнодорожных цистерн различного конструктивного выполнения и назначения от воздействия быстролетящих твердых тел - пуль, осколков, крупных частиц грунта, выполненным в виде защитных экранов, расположенных с зазором относительно поверхности защищаемого объекта, и предназначено для осуществления защиты объекта как во время стоянки, так и в процессе движения.

Известны конструкции предохранительных щитов и защитных экранов различных видов [1, 2 и др.], предназначенных для защиты военнослужащих и объектов. Одним из ближайших функциональных аналогов является навесное "Защитное покрытие" [3] , обладающее высокой стойкостью и эффективностью защиты подвижных и неподвижных объектов. Однако, необходимо отметить, что в ряде случаев указанное покрытие не может быть применено и по условиям прочности и несущей способности котла цистерны безрамной конструкции, и по величине допустимой нагрузки оси колесной пары на рельсы, не предназначенных и, следовательно, не способных нести какие-либо дополнительные массовые нагрузки, кроме эксплуатационных.

Наиболее близким, - по совокупности признаков, - аналогом является теневой защитный экран котла цистерны [4, стр. 29 - 30, рис. 1.27]. Данный защитный экран расположен с зазором относительно поверхности котла цистерны и снабжен несущим каркасом [4, стр. 16], соединенным с поверхностью котла, который посредством элементов крепления через хребтовую и шкворневые балки присоединен к тележкам ходовой части. Недостатком прототипа является то обстоятельство, что теневой защитный экран закрывает собой только верхнюю часть котла, оставляя незащищенными - значительные по величине - боковые поверхности котла, которые наиболее уязвимы при обстреле с земли и возвышений.

Задача, для решения которой предназначена конструкция предлагаемого устройства для защиты, заключатся в обеспечении защиты всей поверхности котла цистерны, причем защиты, быстро монтируемой на объекте и быстросъемной при необходимости, защиты уже существующих типов четырехосных и восьмиосных цистерн без переделки их конструкции и, самое главное, защиты, не обуславливающей каких-либо дополнительных массовых нагрузок на котел и оси колесных пар тележек ходовой части цистерны.

Достигаемый технический результат, помимо указанных выше возможностей и преимуществ, заключается в том, что исключена возможность повреждений котлов цистерн и, самое главное, их последствий - взрывов, пожаров и других вредных воздействий [4, стр. 138 - 140] перевозимых грузов на окружающую среду.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство для защиты железнодорожной цистерны, - содержащее защитный экран, выполненный с несущим каркасом, включающим соединенные между собой опорные и несущие элементы, и расположенный с зазором относительно наружной поверхности котла, который посредством приспособлений или элементов крепления через шкворневые и хребтовую балки присоединен к тележкам ходовой части, - выполнено следующим образом: защитный экран выполнен из секций, одни из которых присоединены к каркасу стационарно, а другие с возможностью поворота, и снабжен устройствами поворота секций, причем стационарные секции защитного экрана расположены вертикально, соответственно на диаметрально противоположных сторонах котла, и с обоих торцов снабжены торцевыми защитными сегментами, присоединенными к ним через подпружиненные шарнирные соединения; несущий каркас снабжен по меньшей мере одной парой основных несущих стоек (необходимо пояснить: одна пара основных несущих стоек - для четырехосной цистерны, а для восьмиосной цистерны - соответственно две пары основных несущих стоек, которые названы "основными" потому, что они воспринимают массовые нагрузки не только всего защитного экрана, но и структуры несущего каркаса, т.е. устройства для защиты в целом, а далее передают их на соответствующую колесную пару), расположенных соответственно на диаметрально противоположных сторонах котла, взаимодействующих каждая через последовательно соединенные друг с другом раскосы, опорные стойки, демпфирующие устройства и соединения свободного вращения с дополнительной колесной парой, расположенной между тележками ходовой части, и присоединенных через узлы крепления к хребтовой балке или к другим элементам ходовой части цистерны; все несущие стойки каркаса снабжены присоединенными к ним профилированными амортизирующими элементами, расположенными с зазором эквидистантно относительно поверхности котла, при этом торцевые участки несущего каркаса соединены с консольными участками хребтовой балки через соединительные элементы.

Сущность конструкции устройства для защиты железнодорожной цистерны поясняется чертежами (представлен вариант устройства для защиты восьмиосной цистерны, отличающийся от устройства для защиты четырехосной цистерны только тем, что несущий каркас включает не одну, а две пары основных несущих стоек, последовательно соединенных через указанные выше элементы, - соответственно - с двумя колесными парами), где на фиг. 1 (справа) представлен вид сбоку на цистерну с каркасом устройства для защиты и на цистерну с устройством для защиты в целом (слева); на фиг. 2, 3 представлены поперечные сечения А-А и Б-Б, соответственно цистерны с устройством для защиты; на фиг. 4 представлено увеличенное изображение поперечного сечения цистерны с устройством для защиты; на фиг. 5 - сечение В-В на фиг. 4; на фиг. 6-7 - два варианта исполнения узла крепления по сечению Г-Г на фиг.4; на фиг. 8 представлен общий вид (аксонометрия) каркаса устройства для защиты цистерны; на фиг. 9 представлено увеличенное изображение (вид сверху) торцевого участка одной из стационарных секций защитного экрана, соответственно, по месту присоединения к ней торцевого защитного сегмента, выполненного через подпружиненные шарнирные соединения; на фиг. 10 - соединение нижнего пояса несущего каркаса с консольным участком хребтовой балки; на фиг. 11 - вид сверху на разъемное соединение нижнего пояса и вспомогательной стойки; на фиг. 12 - соединение несущих поворотных консолей с верхним поясом несущего каркаса.

Устройство для защиты железнодорожной цистерны, котел 1 которой, снабженный шпангоутами 2, присоединен посредством приспособлений крепления (опор со вспомогательными элементами - в случае варианта восьмиосной цистерны или тарельчатых пружин и хомутов - в случае четырехосной цистерны) через шкворневые и хребтовую 3 балки к тележкам ходовой части 4 - содержит несущий каркас, включающий нижний несущий пояс 5 каркаса, верхний несущий пояс 6 каркаса, две пары основных центральных несущих стоек 7 и концевых несущих стоек 8, расположенных соответственно на диаметрально противоположных сторонах, выполненные из соединенных между собой обычными известными методами и, в частности, с помощью подкрепляющих пластин, трубчатых стержневых элементов. Нижний пояс 5 каркаса выполнен с двумя парами изогнутых (в горизонтальной плоскости) во внутрь участков, расположенных недалеко от торцевых обводов каркаса, - соответственно по месту приспособлений крепления котла 1 к ходовой части цистерны.

Каждая основная несущая стойка 7 каркаса соединена своим концом с раскосом 9, соединенным другим своим концом с узлом крепления 10 устройства для защиты к ходовой части цистерны и опорной стойкой 11. Узел крепления 10 выполнен в виде жестко силового треугольника (см. фиг. 6, 7), присоединенного к хребтовой балке 3 либо посредством шарнирных соединений (фиг. 6), обеспечивающих заданную подвижность только в вертикальной плоскости при колебаниях, либо жестко (фиг. 7). Соосно каждой опорной стойке 11 к ней присоединено телескопическое демпфирующее устройство 12, эквивалентное по своим характеристикам стандартным демпфирующим устройствам тележек 4 ходовой части цистерны. Все четыре демпфирующих устройства 12 через соединения свободного вращения 13 также присоединены соответственно к осям двух колесных пар 14, которые, при этом, соединены друг с другом двумя соединительными балками 15, образуя, тем самым, двухосную тележку, - но со значительной (более шести метров для восьмиосной цистерны) базов, - предназначенную для восприятия собственной массы каркаса и присоединенных к нему секций защитного экрана и для передвижения устройства для защиты по рельсам совместно с цистерной, к различным участкам хребтовой балки 3 которой через узлы крепления 10 присоединен нижний пояс 5 несущего каркаса устройства.

В принципе опорные стойки 11 каркаса могут быть присоединены не к хребтовой балке 3, а к шкворневым балкам соседних им стандартных двухосных тележек 4 ходовой части цистерны; или же оси колесных пар 14 могут быть соединены известными элементами [5, стр. 172] с соседними двухосными тележками 4 ходовой части цистерны - в известные стандартные трехосные тележки, - что все равно обеспечивает присоединение устройства для защиты цистерны только к ее ходовой части и только для осуществления совместного передвижения и позволяет использовать для создания предлагаемого устройства для защиты цистерны только стандартное оборудование подвижного состава Министерства путей сообщения (МПС).

Несущий каркас устройства для защиты цистерны включает также и несущие поворотные консоли 16, которые соединены с верхним поясом 6 несущего каркаса посредством шарнирных соединений 17, свободные концы поворотных консолей 16, расположенных соответственно на противоположных сторонах каркаса (и соответственно на диаметрально противоположных сторонах котла 1), соединены друг с другом соединительными штангами 18, образуя, тем самым, несущие каркасы поворотных секций устройства для защиты, которые снабжены устройствами поворота 19, выполненными, например, в виде пневмоцилиндров 19 или гидроцилиндров 19, присоединенных к несущим поворотным консолям 16 и несущим стойкам 7 и 8 каркаса через шарнирные соединения и снабженных соответствующим вспомогательным оборудованием.

Защитный экран устройства для защиты цистерны включает две вертикальные продольные стационарные секции 20, расположенные на диаметрально противоположных сторонах котла 1, и две продольные поворотные секции 21, которые предназначены для защиты поверхности обечайки котла 1, присоединены к соответствующим элементам нижнего и верхнего поясов 5 и 6, несущих стоек 7 и 8, поворотных консолей 16 и штанг 18 несущего каркаса посредством резьбовых или заклепочных соединений и выполнены из броневого листа определенной толщины, обусловленной заданным уровнем стойкости защитного экрана. Обе продольные стационарные секции 20 с обоих торцов каждая снабжены выполненными в виде прямоугольных створок, расположенных в той же плоскости, концевыми защитными сегментами 22, присоединенными к ним через шарнирные соединения 23, снабженные полого изогнутыми пластинчатыми пружинами 24, и предназначенными для защиты поверхности обоих днищ котла 1. Концевые сегменты 22 могут поворачиваться при приложении нагрузки и в одну и в другую сторону относительно своего фиксированного - заданного ("срединного") положения (см. фиг. 9), обусловленного рвновесным состоянием полого изогнутых пластинчатых пружин 24.

Применение и данный вид выполнения концевых защитных сегментов 22 устройства обусловлено следующим. Когда данная цистерна с устройством защиты сцеплена в составе эшелона с соседней цистерной, также снабженной устройством для защиты, то сегменты 22 двух соседних цистерн, вертикальные кромки которых расположены рядом друг с другом у оси сцепления цистерн, перекрывают возможный сектор обстрела обоих примыкающих друг к другу днищ соседних цистерн. При этом длина каждого сегмента 22 составляет около одного метра, следовательно, защиту днища одного котла 1 цистерны осуществляют два сегмента 22 общей длиной около двух метров. Если же применить поперечный экран, то его необходимая длина (соответственно, при одинаковой высоте с сегментами 22) составит около трех метров, что соответствует диаметру котла 1 цистерны. Отсюда можно сделать вывод, что такое решение обеспечивает снижение массы броневого листа защитного экрана данной толщины и устройства в целом, соответствующее по площади около трех квадратных метров, причем, соответственно, для каждого из двух днищ каждой одной цистерны.

Если цистерна с устройством для защиты следует в составе эшелона с другими вагонами, но одна, то днища котла 1 цистерны также защищаются концевыми защитными сегментами 22, но повернутыми внутрь, т.е. к днищу котла 1, соответственно перпендикулярно относительно стационарных секций 20 защитного экрана, и жестко закрепленными в этом положении дополнительной броневой пластиной, длина которой составляет немного более одного метра, перекрывающей в совокупности с двумя сегментами 22 всю поверхность днища котла 1 цистерны и соединенная с ними внахлестку посредством разъемных соединений.

Таким образом, некоторое увеличение массы устройства для защиты, составляющее суммарно немногим более шести квадратных метров броневого листа заданной толщины, т.е. две пластины - каждая площадью немного более трех квадратных метров, - будет иметь место только при необходимости защиты одиночной цистерны, либо для защиты переднего днища передней и заднего днища последней цистерн в составе эшелона.

Для снижения продольных колебаний устройства для защиты относительно цистерны при движении - торцевые участки (или обводы) нижнего пояса 5 несущего каркаса устройства для защиты у обоих торцов котла цистерны соединены с консольными (или концевыми) участками хребтовой балки 3 (см. фиг. 10) через соединительные элементы, в частности, например, вспомогательные стойки 25, жестко соединенные с хребтовой балкой 3, и разъемные соединения 26, в которые через амортизирующую прокладку 27 заключены участки нижнего пояса 5 несущего каркаса устройства.

Для снижения поперечных колебаний и исключения возможности соударения несущих стоек 7, 8 каркаса с поверхностью котла 1 цистерны - в случае неожиданных интенсивных возмущений - устройство для защиты снабжено (см. фиг. 5) профилированными амортизирующими элементами 28, присоединенными к внутренней поверхности несущих стоек 7 и 8 каркаса по местам возможного соударения и расположенными с зазором и эквидистантно относительно наружной поверхности котла 1 цистерны.

Применение в данном устройстве для защиты поворотных секций 21 обусловлено необходимостью доступа внутрь котла цистерны, а также к лестнице, люкам и предохранительной арматуре, расположенным в верхней части котла 1, а также продиктовано соображениями снижения массы и облегчения монтажа устройства для защиты, а для доступа к устройствам тормозной системы и другого оборудования, расположенного в нижней части цистерны, - стационарные секции 20 защитного экрана в нижней части снабжены открываемыми и закрываемыми люками (на чертежах не показаны), которые выполнены из такого же броневого листа и присоединены к секциям 20, участками которых они являются, через шарнирные соединения.

Изготовление и сборка данного устройства для защиты достаточно просто и быстро выполнимы, - ведь несущий каркас представляет собой классическую ферму очень простой конструкции, размещенную на двухосной тележке с демпфирующими устройствами, выполненной со значительной базой и обеспечивающей высокую устойчивость устройства в движении. Вместо описанной выше двухосной тележки со стандартными колесными парами и вспомогательным оборудованием, обладающей базой более 6 метров, - может быть применена стандартная тележка, например, модели 18 - 100 [5, стр. 170], имеющая базу около 2 метров, соединенная с нижним поясом несущего каркаса также через опорные стойки и раскосы, и соединенная с хребтовой балкой обычными известными средствами. Секции защитного экрана, выполненные из броневого листа определенной толщины, присоединяются к несущему каркасу обычными известными методами и осуществляют защиту всей поверхности котла цистерны. Необходимо также отметить, что конструкция несущего каркаса устройства для защиты позволяет использовать в качестве элементов защиты и другие средства, в частности, например, известное навесное "Защитное покрытие" [3], обладающее более высокой эффективностью защиты, или сочетание известных средств защиты от различных поражающих воздействий, что определяет универсальность данного устройства для защиты, т.к. позволяет на одном и том же несущем каркасе разместить отдельно или в сочетании защитные средства различных уровней стойкости и функционального назначения.

Защищаемый объект с устройством для защиты, находясь в составе эшелона, - может быть подвергнут обстрелу из низины, с земли или возвышений, т.к. практически почти по всей своей значительной поверхности. Во всех случаях воздействию пуль и других поражающих элементов противостоят выполненные из броневого листа заданной толщины секции 20 и 21 защитного экрана, перекрывающего собой боковую поверхность обечайки котла 1, а также концевые защитные сегменты 22, перекрывающие собой поверхности обоих днищ котла 1 цистерны.

Поскольку секции 20, 21 и 22 защитного экрана перекрывают собой всю поверхность объекта, которая может быть подвергнута обстрелу, обладают заданной стойкостью защиты, расположены с зазором относительно наружной поверхности котла 1 цистерны и снабжены амортизирующими устройствами 12 и элементами 28, - исключается возможность передачи интенсивных ударных нагрузок от секций защитного экрана и воздействия пуль и других поражающих элементов на поверхность котла 1 цистерны, и, следовательно, исключается возможность повреждения котла 1 цистерны и всех вытекающих отсюда последствий.

Таким образом, можно сделать вывод, что данная конструкция устройства для защиты цистерны способна обеспечить эффективную защиту объекта как во время стоянки, так и в процессе движения, и при этом, по сравнению с прототипом и аналогами, отличается следующими характеристиками: осуществляет защиту существующих типов цистерн без переделки их конструкции и, самое главное, без каких-либо дополнительных массовых нагрузок на котел и оси колесных пар тележки ходовой части цистерны; представляет собой самостоятельную и симметричную систему, снабженную стандартными средствами для передвижения со значительной базой и находящуюся в состоянии устойчивого равновесия; и несущий каркас с колесными парами, и секции защитного экрана достаточно быстро и просто монтируются без специального оборудования, причем на одном и том же несущем каркасе могут быть размещены различные виды и сочетания средств защиты.

Перечисленное выше сочетание качеств подчеркивает эффективность и широкие функциональные возможности предлагаемого устройства для защиты. Самое главное заключается в том, что применение данного устройства для защиты железнодорожной цистерны и его модификаций позволит избежать опасных и тяжелых последствий повреждения котлов цистерн и последующего воздействия [4, стр. 138 - 140] взрывоопасных и ядовитых, как правило, перевозимых грузов на окружающую среду.

Источники информации 1. Военный энциклопедический словарь, Издание второе, М.: Военное издательство, 1986, с. 826.

2. Авторское свидетельство СССР N 26572 от 30.07.1930, F 41 H 5/12 "Предохранительный щит для огнестрельного ручного оружия".

3. Патент РФ по заявке N 95117190/02 от 10.10.1995, "Защитное покрытие", F 41 H 1/00, F 41 H 5/00.

4. "Цистерны", Устройство, эксплуатация, ремонт, Справочное пособие, - М.: Транспорт, 1990.

5. "Грузовые вагоны колеи 1520 мм железных дорог СССР", Альбом-справочник. - М.: Транспорт, 1989.

Формула изобретения

Устройство для защиты железнодорожной цистерны, содержащее защитный экран, выполненный с несущим каркасом, включающим соединенные между собой опорные и несущие элементы, и расположенный с зазором относительно наружной поверхности котла, который посредством приспособлений крепления через шкворневые и хребтовую балки присоединен к тележкам ходовой части, отличающееся тем, что защитный экран выполнен из секций, одни из которых присоединены к каркасу стационарно, а другие с возможностью поворота, и снабжен устройствами поворота секций, причем стационарные секции защитного экрана расположены на диаметрально противоположных сторонах котла и с обоих торцов каждая снабжены концевыми защитными сегментами, присоединенными к ним через подпружиненные шарнирные соединения, несущий каркас снабжен по меньшей мере одной парой основных несущих стоек, расположенных соответственно на диаметрально противоположных сторонах котла, взаимодействующих каждая через последовательно соединенные друг с другом раскосы, опорные стойки, демпфирующие устройства и соединения свободного вращения с дополнительной колесной парой, расположенной между тележками ходовой части и присоединенных через узлы крепления к элементам ходовой части цистерны, все несущие стойки каркаса снабжены присоединенными к ним профилированными амортизирующими элементами, расположенными с зазором и эквидистантно относительно поверхности котла, при этом торцевые участки несущего каркаса соединены с консольными участками хребтовой балки через соединительные элементы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12