Контейнер-цистерна

Контейнер-цистерна

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к емкостям для хранения и транспортирования жидкостей и газов и может быть использовано на железнодорожном, автомобильном и водном транспорте.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

При транспортировке на контейнер-цистерну воздействуют силы инерции от продольного ускорения (4g), ускорения в поперечном направлении (2g) и ускорения в вертикальном направлении (1g вверх и 2g вниз).

Указанные нагрузки вызывают опасную концентрацию напряжений в элементах контейнера-цистерны. Их перераспределение обеспечивают переходные разгрузочные элементы типа обечаек, непосредственно связывающие цистерну с торцевыми рамами.

Во избежание разрушения цистерны и торцевых рам переходные элементы этого типа делают либо с неоправданно большим запасом прочности в виде толстостенного замкнутого кольца, а следовательно, чрезмерно массивными (RU патент №2072956, кл. В 65 D 88/12, опубл. 10.02.97; RU патент №2143992, кл. В 65 D 88/12, опубл. 10.01.2000), либо делают их менее массивными и снабжают упрочняющими деталями (элементами жесткости), которые не могут кардинально изменить напряженное состояние контейнера в целом (SU патент №1237077, кл. B 65 D 88/12, опубл. 07.06.86; GB заявка №2330170, кл. В 65 D 88/12, опубл. 17.06.98), либо выполняют их в виде незамкнутого кольца из отдельных, не снабженных дополнительными разгрузочными деталями, частей, не способных исключить концентрацию напряжений даже в местах их крепления к цистерне и торцевым рамам (US патент №5083673, нац. кл. 220-1.5, МКИ B 65 D 88/12, опубл. 28.01.92).

Наиболее близким к заявляемому является решение, описанное в GB заявке №2330170, касающееся снабжения переходных элементов средствами разгрузки зон концентрации напряжений, возникающих в них, в торцевых рамах и цистерне при воздействии нагрузок только от ускорения в вертикальном направлении.

Известные средства не учитывают концентрацию напряжений, возникающих в указанных элементах контейнера при воздействии сил инерции от ускорений в продольном и поперечном направлениях.

Контейнер-цистерна по GB заявке №2330170 выбран в качестве ближайшего аналога (прототипа).

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка прочной и долговечной конструкции контейнера-цистерны.

Техническая задача решается за счет разгрузки зон концентрации напряжений, возникающих в переходных элементах, торцевых рамах и цистерне под воздействием всех видов эксплуатационных нагрузок.

Технический результат, который может быть получен при использовании изобретения, заключается в повышении эксплуатационной надежности контейнера-цистерны.

Для решения поставленной задачи в контейнере-цистерне, содержащем цилиндрическую цистерну с днищами, имеющую горизонтальную и вертикальную оси симметрии, две прямоугольные торцевые рамы, состоящие каждая из полых, коробчатого сечения, имеющих ребра и стенки стоек, нижней и верхней поперечин, а также нижних и верхних укосин, грузозахватные фитинги, соединяющие по углам стойки и поперечины торцевых рам, элементы крепления цистерны к торцевым рамам, включающие, по меньшей мере, цилиндрические или конические переходные элементы, расположенные с каждой стороны цистерны, скрепленные каждый торцами одной стороны с цистерной, а торцами другой - с обращенными к днищу цистерны сторонами стоек и укосин соответствующей торцевой рамы, и средства разгрузки зон концентрации напряжений, возникающих в его переходных элементах, торцевых рамах и цистерне при воздействии эксплуатационных нагрузок, расположенные на наружных поверхностях указанных переходных элементов, согласно изобретению каждое средство разгрузки зон концентрации напряжений, возникающих в его переходных элементах, торцевых рамах и цистерне при воздействии эксплуатационных нагрузок, выполнено в виде цилиндрической или конической, концентричной по отношению к соответствующему переходному элементу, оболочки с поперечными и продольными торцами, ребра каждой из стоек, поперечин или укосин любой из торцевых рам выполнены скругленными, сопряженными с соответствующими плоскими стенками по границам сопряжения, переходные элементы выполнены в виде четырех отдельных панелей, расположенных с каждой стороны цистерны по две, противолежащих одна другой относительно вертикальной оси симметрии цистерны, форма торца, скрепляемого со стойкой и нижней укосиной, каждой из панелей определена дугой окружности, лежащей между точками ее пересечения с границами сопряжения ребра с плоской стенкой на стойке и нижней укосине, причем радиус R окружности, соотвествующий радиусу панели, выбран из соотношения

0.9≤2R/H≤0.95,

где Н - стандартная ширина торцевой рамы,

при этом оболочки расположены ниже горизонтальной оси симметрии цистерны, по меньшей мере, по одной на каждой из панелей и закреплены каждая ее продольными торцами на соответствующей панели, поперечным торцом одной стороны - на днище цистерны, а торцом другой стороны - на нижней укосине соответствующей торцевой рамы, причем оболочки на одной панели расположены по две или более, а, по отношению друг к другу - встык или с зазором, а по меньшей мере, одна оболочка выполнена с продольными и/или поперечными внутренними ребрами жесткости.

Отличительными от прототипа особенностями заявляемого контейнера-цистерны являются следующие признаки:

- выполнение каждого средства разгрузки зон концентрации напряжений, возникающих в переходных элементах, торцевых рамах и цистерне при воздействии эксплуатационных нагрузок, в виде цилиндрической или конической, концентричной по отношению к соответствующему переходному элементу, оболочки с поперечными и продольными торцами;

- выполнение ребер каждой из стоек, поперечин или укосин любой из торцевых рам скругленными, сопряженными с соответствующими плоскими стенками по границам сопряжения;

- выполнение переходных элементов в виде четырех отдельных панелей, расположенных с каждой стороны цистерны по две, противолежащих одна другой относительно вертикальной оси симметрии цистерны;

- определение формы торца каждой из вышеуказанных панелей, скрепляемого со стойкой и нижней укосиной, через дугу окружности радиусом R, лежащей между точками ее пересечения с границами сопряжения ребра с плоской стенкой на стойке и нижней укосине;

- выбор радиуса R упомянутой окружности, соответствующего радиусу панели, из соотношения 0.9≤2R/H≤0.95, где Н - стандартная ширина торцевой рамы;

- расположение оболочек ниже горизонтальной оси симметрии цистерны, по меньшей мере, по одной на каждой из панелей;

- закрепление каждой оболочки ее продольными торцами на соответствующей панели, поперечным торцом одной стороны - на днище цистерны, а торцом другой стороны - на нижней укосине соответствующей торцевой рамы;

- расположение оболочек на одной панели по две или более, а по отношению друг к другу - встык или с зазором;

- выполнение, по меньшей мере, одной оболочки с продольными и/или поперечными внутренними ребрами жесткости.

Указанные отличительные признаки, каждый в отдельности и все совместно, направлены на решение поставленной задачи и являются существенными.

Использование совокупности этих признаков в известном уровне техники, аналогах и прототипе не обнаружено.

Единая совокупность новых существенных признаков с общими известными позволяет решить поставленную задачу.

По сравнению с ближайшим аналогом (прототипом) заявляемый контейнер-цистерна обладает повышенной эксплуатационной надежностью за счет дополнительной разгрузки зон чрезмерных напряжений, возникающих в его панелях как переходных элементах, стойках и укосинах торцевых рам и днищах цистерны за счет перераспределения усилий, воздействующих на контейнер.

Разгрузка указанных зон достигнута благодаря использованию новых разгрузочных средств - цилиндрических или конических оболочек, особому исполнению переходных элементов - в виде панелей определенной формы, а также благодаря оптимальному размещению оболочек на панелях и панелей по отношению к цистерне и торцевым рамам.

В зависимости от вида перевозимого груза и условий эксплуатации контейнера-цистерны на одной панели размещают одну, две или более оболочек. Количество оболочек, размещаемое на одной панели, и их взаимное расположение относительно друг друга определяют расчетом. Местоположение оболочек на панели определяют также расчетным путем. Оболочки обеспечивают необходимую жесткость и прочность панелей при воздействии на контейнер всей совокупности эксплуатационных нагрузок. Они способствуют и более равномерному распределению усилий в других элементах конструкции контейнера-цистерны, таких как подкосы или балки, связывающие торцевые рамы.

Заявляемое техническое решение справедливо для контейнеров-цистерн как балочной, так и рамной конструкции.

Таким образом, предложенное решение обеспечивает перераспределение усилий в контейнере-цистерне, уменьшает напряжения в нем и, тем самым, повышает его надежность.

Изобретение поясняется чертежами.

На Фиг.1(а, б) представлен контейнер-цистерна, общий вид. Фиг.1а соответствует балочной, Фиг.1б - рамной конструкции контейнера. На Фиг.2 дан вид A₁-A₁ на Фиг.1 на торцевую раму контейнера со стороны цистерны. На Фиг.3 показано сечение Б₁-Б₁ на Фиг.2 стойки торцевой рамы. На Фиг.4(а, б) дан вид B₁ на Фиг.2 вариантов исполнения переходных панелей. На Фиг.5 представлен вариант размещения оболочек, используемых в качестве средств разгрузки, на Фиг.6 - вариант исполнения оболочки с внутренними ребрами жесткости.

Контейнер-цистерна содержит цилиндрическую цистерну 1 с днищами 2, имеющую горизонтальную О₁ и вертикальную О₂ оси симметрии, две торцевые прямоугольные рамы 3, элементы крепления цистерны 1 к торцевым рамам 3, включающие четыре цилиндрические панели 4 в качестве переходных элементов, и цилиндрические оболочки 5 как средства разгрузки зон концентрации напряжений, возникающих в панелях 4 при воздействии эксплуатационных нагрузок (Фиг.1, 2).

Каждая прямоугольная торцевая рама 3 содержит две поперечины 6 (верхнюю и нижнюю) и две стойки 7, соединенные между собой по углам грузозахватными фитингами 8, а по пролетам - укосинами 9 (Фиг.2). Поперечины 6, стойки 7 и укосины 9 имеют плоские стенки 10 и сопряженные с ними по границам сопряжения 11 и 12 скругленные ребра 13. На Фиг.3 представлено сечение указанных элементов рамы 3 на примере стойки 7.

Переходные панели 4 расположены по две с каждой стороны цистерны 1 так, что относительно оси О₂ они противолежат друг другу. Каждая панель 4 имеет торцы 14 и 15 (Фиг.4) и скреплена одним концом с цистерной 1, другим - со стойкой 7 и укосиной 9 соответствующей торцевой рамы 3, при этом со стойкой 7 и укосиной 9 она скреплена ее торцом 14 (Фиг.2). Форма торца 14 определена дугой окружности радиусом R, лежащей между точкой А пересечения указанной окружности с границей 11 сопряжения ребра 13 с плоской стенкой 10 на стороне стойки 7, обращенной к цистерне, и точкой В пересечения той же окружности с границей 11 сопряжения ребра 13 со стенкой 10 укосины 9.

Радиус R окружности соответствует радиусу панели 4 и выбран из соотношения 0.9≤2R/H≤0.95, где Н - стандартная ширина торцевой рамы.

Панель 4 может быть выполнена расширяющейся в сторону цистерны (Фиг.4(а, б)).

Каждая оболочка 5 имеет поперечные 16 и продольные 17 торцы. Оболочка 5 концентрична панели 4 и размещена на ней ниже горизонтальной оси O₁ симметрии цистерны.

На одной панели 4 могут быть расположены две или более оболочки 5, которые по отношению друг к другу располагаются встык или с зазором, а, по крайней мере, одна оболочка 5 может иметь внутренние ребра жесткости. На Фиг.5 показан вариант размещения на панели 4 двух оболочек 5 с зазором по отношению друг к другу. На Фиг.6 показан вариант исполнения оболочки 5 с продольными и поперечными внутренними ребрами жесткости. Оба эти частных случая исполнения изобретения обеспечивают достижение заявленного технического результата в соответствии с поставленной задачей.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

Контейнер-цистерну заявляемой кострукции изготавливают в промышленных условиях на стандартном оборудовании.

1. Контейнер-цистерна, содержащий цилиндрическую цистерну с днищами, имеющую горизонтальную и вертикальную оси симметрии, две прямоугольные торцевые рамы, состоящие каждая из полых, коробчатого сечения, имеющих ребра и стенки стоек, нижней и верхней поперечин, а также нижних и верхних укосин, грузозахватные фитинги, соединяющие по углам стойки и поперечины торцевых рам, элементы крепления цистерны к торцевым рамам, включающие, по меньшей мере, цилиндрические или конические переходные элементы, расположенные с каждой стороны цистерны, скрепленные каждый торцами одной стороны с цистерной, а торцами другой - с обращенными к днищу цистерны сторонами стоек и укосин соответствующей торцевой рамы, и средства разгрузки зон концентрации напряжений, возникающих в его переходных элементах, торцевых рамах и цистерне при воздействии эксплуатационных нагрузок, расположенные на наружных поверхностях указанных переходных элементов, отличающийся тем, что каждое средство разгрузки зон концентрации напряжений, возникающих в его переходных элементах, торцевых рамах и цистерне при воздействии эксплуатационных нагрузок, выполнено в виде цилиндрической или конической, концентричной по отношению к соответствующему переходному элементу, оболочки с поперечными и продольными торцами, ребра каждой из стоек, поперечин или укосин любой из торцевых рам выполнены скругленными, сопряженными с соответствующими плоскими стенками по границам сопряжения, переходные элементы выполнены в виде четырех отдельных панелей, расположенных с каждой стороны цистерны по две, противолежащих одна другой относительно вертикальной оси симметрии цистерны, форма торца, скрепляемого со стойкой и нижней укосиной, каждой из панелей определена дугой окружности, лежащей между точками её пересечения с границами сопряжения ребра с плоской стенкой на стойке и нижней укосине, причем радиус R окружности, соответствующий радиусу панели, выбран из соотношения

0,9≤2R/H≤0,95,

где Н - стандартная ширина торцевой рамы, при этом оболочки расположены ниже горизонтальной оси симметрии цистерны, по меньшей мере, по одной на каждой из панелей и закреплены каждая ее продольными торцами на соответствующей панели, поперечным торцем одной стороны - на днище цистерны, а торцем другой стороны - на нижней укосине соответствующей торцевой рамы.

2. Контейнер-цистерна по п.1, отличающийся тем, что оболочки на одной панели расположены по две или более, а по отношению друг к другу - встык или с зазором.

3. Контейнер-цистерна по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одна оболочка выполнена с продольными и/или поперечными внутренними ребрами жесткости.