Восьмиосная цистерна для перевозки нефтепродуктов

Восьмиосная цистерна для перевозки нефтепродуктов

Московский институт инженеров транспорта

Реферат

По предмету “Испытания вагонов”

Тема: восьмиосная цистерна для перевозки нефтепродуктов

Преподаватель: Козлов И.В

2003

Содержание:

1. Общее устройство цистерны

2. Устройство ходовых частей

3. Автосцепное устройство

4. Устройство автотормозов

5. Методы экспериментальных исследований деформаций и напряжений

6. Закон Гука

В зависимости от вида перевозимых грузов вагоны-цистерны

подразделяются на цистерны общего назначения и специальные. К цистернам

общего назначения относятся цистерны для перевозки широкой номенклатуры

жидких нефтепродуктов, не требующих подогрева при наливе и сливе в

диапазоне климатических изменений температуры груза. Цистерны общего

назначения составляют основную часть парка вагонов-цистерн.

Для каждого типа цистерны заводом-изготовителем в составе

технической документации разрабатывается инструкция по эксплуатации, сливу

и наливу перевозимого продукта, о конструктивные особенности конкретной

модели.

Основным изготовителем цистерн является ПО «Азовмаш» (бывшее ПО

«Ждановтяжмаш», город Мариуполь) Министерства тяжелого и транспортного

машиностроения.

Котел представляет собой цилиндрическую емкость сварной

конструкции, состоящую из обечаек и эллиптических днищ, подкрепленную

шпангоутами для повышения несущей способности и жесткости цилиндрической

оболочки.Цилиндрическая часть котла с внутренним диаметром 3000мм

составлена из 2-х половин, сваренных встык. Преимуществом стыковых швов по

сравнению с применявшимися ранее нахлесточными соединениями являются:

отсутствие дополнительных напряжений в зоне швов, обусловленных местным

изгибом оболочки; большая вибрационная и ударная прочность швов; лучшие

условия контроля за качеством шва (просвечивание рентгеном, гамма-лучами

и.т.п.); меньшая масса котла.

Повышение прочности и устойчивости оболочки котла при малой его

массе достигается подкреплением кольцевыми шпангоутами 7 и 8,

расположенными в средней и опорных частях котла (рис.1). Эти шпангоуты,

имеющие ?-образную форму поперечного сечения, приварены к стенкам котла,

отличающимися от неподкрепленных конструкций меньшей толщиной. В

подкрепленных таким образом цистернах существенно снижены напряжения в

загруженных зонах, повышена устойчивость котла при вакууме , иногда

возникающем при сливе и пропарке цистерн, а также увеличивается жесткость

и частота собственных колебаний оболочки, что затрудняет возникновение

резонанса колебаний.

Для обеспечения полного слива груза предусмотрены уклоны к сливным

приборам. Эти уклоны создаются выштамповкой броневого листа на глубину 20-

30мм. Котел оборудован двумя сливными приборами 6 и двумя колпаками с

крышками 4,что позволяет ускорить операции налива и слива груза и

обеспечить лучшие условия труда при очистке котла. Внутри горловин

размещены по 2 сегментные планки: верхняя для контроля предельного уровня

налива и нижняя для принятия мер к замедлению налива котла.

Колпаки цистерны имеют малые размеры. При наливе груза часть объема

котла (2%) остается незаполненной для обеспечения температурного расширения

груза.

рис 1

Горловины люков закрываются крышками, закрепляемыми 8-ю откидными

болтами каждая. Крышки шарнирно крепятся к кронштейнам, относительно

которых они поворачиваются при открывании. Вблизи горловины люка

расположены 2 штуцера для крепления предохранительно – впускных клапанов 2

(рис.2). Котел оборудован наружной 3 и внутренней 5 лестницами и

помостами с ограждениями у горловин люка.

[pic]

рис2

Сложным и ответственным узлом безрамной цистерны является опора

котла (рис 3), поскольку через нее передаются основные нагрузки на котел и

от котла на тележку. Опора, одновременно являющаяся консольной частью рамы,

имеет мощные хребтовую 1 и шкворневую 8, облегченные концевую 10 и боковые

9 балки. На хребтовой и концевой балках размещены части автосцепного

устройства, а на шкворневой – опоры кузова (пятник 14 и скользуны 17).

Шкворневая балка имеет верхний лист 12, нижний 11, вертикальные листы 13,

ребра 18 и 19, концевые части 20; к одной из таких частей прикреплена

табличка 5 завода – изготовителя. На пересечении хребтовой и шкворневой

балок размещено надпятниковое усиление 15. К шкворневой и хребтовой балкам

приварены подкрепленный ребрами 21 и 16 опорный лист 22 толщиной 12мм,

являющийся непосредственной опорой котла, а также опорные накладки 4 и 6,

расположенные с двух сторон от шкворневого узла. Хребтовая балка связана с

опорными накладками лапами 3 и 7, которые перед сваркой узла могут

перемещаться вдоль хребтовой балки в зависимости от конкретных зазоров

между опорой и котлом. Такая конструкция обеспечивает существенное снижение

технологических напряжений. Применение опорных упрощенных элементов вместо

прежних опорных конструкций стало возможным в результате подкрепления котла

кольцевыми шпангоутами 23. осуществленное в данной конструкции

дополнительное соединение 2 концевых участков котла с хребтовой балкой

повышает ее сопротивление большим продольным усилиям, возникающим при

соударении вагонов. Основные части котла и опор изготовлены из

низколегированной стали марки 09Г2С(ГОСТ 5520 – 79). Восьмиосной цистерне

присвоен государственный знак качества.

Перевозка различных нефтепродуктов а цистернах общего назначения

связана со значительными трудностями их выгрузки из котлов. Для облегчения

слива таких грузов созданы цистерны с наружной подогревательной рубашкой

(кожухом).

Рубашка 1 (рис 4) расположена в нижней части котла. Она образуется

стенками котлаи наружным листом, которые связаны между собой каркасом из

углового проката. Для пологрева груза подается пар в рубашку через штуцер

кожуха сливного прибора 2, а выход пара или конденсата происходит через два

патрубка, расположенных по концам котла. Сливной прибор цистерны вместо

резинового уплотнительного кольца клапана имеет медное кольцо, что

обусловлено высокой температурой наливаемого в котел груза и большой его

вязкостью.

Рис4

Унифицированные узлы и элементы нефтебензиновых цистерн включают

люк-лаз для загрузки продукта и технического обслуживания и доступа внутрь

котла, сливной прибор для слива груза, предохранительный клапан для

ограничения избыточного давления в котле при повышении температуры груза и

предохранительно-выпускной клапан для защиты котла от вакуума при

охлаждении груза и конденсации его паров. В настоящее время цистерны

выпускаются с предохранительно-выпускным клапаном, в конструкции которого

объединены предохранительный клапан избыточного давления и предохранительно-

выпускной (вакуумный) клапан. Нижний лист котла цистерны имеет уклон к

сливному прибору для обеспечения полного слива продукта. Восьмиосные

цистерны имеют по два люка-лаза, сливных прибора и предохранительно-

выпускных клапана. При нахождении цистерны в эксплуатации на путях МПС люк-

лаз всегда должен быть опломбирован. Пломбирование крышки люка производится

перед каждым выходом цистерны на пути МПС как в груженом, так и в порожнем

состояниях.

Достоинствами таких цистерн являются: значительное сокращение времени

слива; устранение обводнения груза, происходящего при разогреве подводимым

к нему острым паром; уменьшение расхода пара. К недостаткам можно отнести

увеличение тары (на 1т), вызванное устройством рубашки, которая

используется только при сливе высоковязких грузов.

В конструкции цистерн используются типовые узлы автосцепного устройства,

автотормозного оборудования и ходовые части.

УСТРОЙСТВО ХОДОВЫХ ЧАСТЕЙ

В ходовых частях восьмиосных цистерн - четырехосные тележки 1(рис

5)

типа ЦНИИ-ХЗ-О, связанных соединительной балкой 2. Эта балка снизу

по концам имеет пятники и скользуны, которымиона опирается на подпятники и

скользуны надрессорных балокдвухосных тележек. Сверху в средней части

соединительной балки расположены подпятник диаметром 450мм, на который

опирается пятник рамы кузова, и скользуны, поддерживающие кузов при

действии боковых сил.

Центральный подпятник четырехосной тележки имеет длинный шкворень,

а крайние пятники центрируются короткими шкворнями с буртом в средней

части, который препятствует выходу конца шкворня за пределы верхней

плоскости соединительной балки.

Сложность формы соединительной балки тележки обусловлена

необходимостью воспринятия больших вертикальных нагрузок и стесненными

габаритами размещения. Нижнее очертание балки сделано таким, чтобы

обеспечивались над осями внутренних колесных пар тележки зазоры 120мм,

которые требуются на случай полного сжатия пружин рессорных комплектов ,

допустимой разности диаметров колес и неблагоприятного совпадения допусков

на изготовление. Верхнее очертание балки обусловлено стремлением уменьшить

эксцентриситет между продольными осями хребтовой балки и автосцепки, а

также обеспечить зазоры, необходимые для безопасного прохода вагоном

сортировочной горки.

База тележки, равная расстоянию между центрами подпятников

двухосных тележек, составляет 3.2 м и является оптимальной по условиям

воздействия восьмиосных вагонов на железнодорожный путь при минимальной

массе соединительной балки.

Рис5

УСТРОЙСТВО АВТОСЦЕПКИ

Восьмиосные цистерны оборудуются усиленной полужесткой автосцепкой СА-3

(рис 6) с ограничителем вертикальных перемещений и поглощающим аппаратом Ш-

2-Т с ходом 105мм. Такая автосцепка подобна нежесткой, но отличается

устройством центрирующих приборов и концевых шарниров, позволяющих корпусам

свободно поворачиваться и в вертикальной плоскости, а также наличием

деталей, ограничивающих возможность выхода из зацепления сцепленных

автосцепок при их относительных смещениях в вертикальной плоскости. Корпус

автосцепки СА – 3 предназначен для передачи ударнотяговых усилий упряжному

устройству и для размещения механизма. Корпус представляет собой стальную

полую отливку, которая состоит из головной части и хвостовика. Головная

часть имеет большой 1 и малый 4 зубья, которые соединяясь образуют зев. Из

зева выступают части деталей механизма – замка 3 и замкодержателя 2.

Головная часть корпуса имеет упор 5 для передачи сжимающего усилия на раму

кузова через розетку, укрепленную на концевой балке. В хвостовике корпуса

есть отверстие 6 для клина, соединяющего корпус с тяговым хомутом упряжного

устройства.Торец выполнен цилиндрическим для облегчения горизонтального

перемещения корпуса.

Рис6

УСТРОЙСТВО АВТОТОРМОЗОВ

Тормозное оборудование грузовых вагонов обеспечивает накопление и пропуск

сжатого воздуха, подаваемого от локомотива, а также восприятие,

реализацию и

передачу (трансляцию) сигналов управления процессами торможения и

отпуска,

поступающих по тормозной магистрали (ТМ).

Тормозное оборудование состоит из магистрального воздухопровода,

сообщенного через тройник и разобщительный кран подводящей трубой

диаметром , или соединительным рукавом с двухкамерным резервуаром.

Последний связан трубами диаметром с запасным резервуаром, установленным на

одной из тележек вагона и сообщенным с тормозным цилиндром. На

двухкамерный резервуар устанавливаются главная и магистральная части.

Накопленный опыт по проектированию восьмиосных цистерн для перспективных

условий эксплуатации позволил сформулировать следующие технические

требования для тормозной системы восьмиосных вагонов:

1) тормозная система должна удовлетворять действующим

нормативам МПС;

2) механическая часть тормозной системы может иметь

несколько отдельных рычажных передач, кинетически не

связанных между собой, а КПД отдельной рычажной передачи

должен быть не менее 0,9;

3) рычажная передача тормоза должна размещаться на

различных типах магистральных вагонов, то есть быть

унифицированной;

4) структура рычажной передачи механизма тормоза должна

соответствовать требуемой подвижности звеньев и

исключать избыточные связи и излишнюю многозвенность;

5) отвод тормозных колодок от колеса в отпущенном состоянии

тормоза должен быть полным, а при наличии специального

механизма отвода колодок, последний не должен ухудшать

кинематику и изменять силовые характеристики рычажной

передачи;

6) между элементами рычажной передачи и осями колесных пар

должен быть обеспечен гарантированный зазор, исключающий

их взаимодействие.

МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ДЕФОРМАЦИЙ И НАПРЯЖЕНИЯ.

ЗАКОН ГУКА.

В целях определения напряжений в деталях вагона используется несколько

методов, но чаще всего – тензометрический метод, состоящий в замере малых

деформаций в отдельных точках изделия и последующем переходе от них к

напряжениям с использованием закона Гука: Напряжение, возникающее в

металле, прямопропорционально деформации (в пределах упругой деформации

металла, т.е до пластической деформации)

?=Е?

[?]- напряжение в металле

[Е]- модуль упругости данного металла

[?]- деформация

Тензометрический метод: для замера относительного удлинения на

поверхности телса намечают отрезок, куда наклеивается тензодатчик,

который деформируется вместе с металлом при приложении какой-либо

нагрузки.

Метод лаковых покрытий: перед испытанием изучаемая поверхность детали

покрывается слоем специального хрупкого лака (например канифольно

елулоидного). Лак наносится плоской кистью или погружением детали в сосуд

с лаком. После просушки деталь подвергается испытанию. Основным

результатом является картина трещин в лаковом покрытии, деформирующемся

вместе с деталью. Важна также последовательность их появления с ростом

нагрузки. Применяют 2 метода получения трещин: при нагружении детали и

при разгрузке.

Метод поляризационно – оптический: основан на том, что некоторые

прозрачные материалы при деформации становятся анизотропными, в

деформационном состоянии они приобретают свойство лучепреломления. Такие

материалы называют оптически-активными. Модель помещают в оптическую

установку, где она просвечивается пучком света. При нагружении модели на

экране появляется ее изображение, покрытое системой полос, анализ которых

дает возможность изучить распределение напряжений в модели.