Цистерны
ЦИСТЕРНЫ служат для перевозки жидких, газообразных, затвердевающих и порошкообразных грузов, различаются по роду перевозимых грузов, конструкции рамы, числу осей (осности) и калибровочному типу. Для грузов используется кузов в виде котла. Универсальные цистерны подразделяются для перевозок светлых (бензин, керосин, лигроин и т.п.) и темных (нефть, минеральные масла и т.п.) нефтепродуктов.
Общие сведения
Ненадежная герметичность нижних сливных приборов котла при повышенной огнеопасности светлых нефтепродуктов обусловила оборудование цистерн устройствами верхнего слива (через колпак). Цистерны для темных нефтепродуктов оборудованы нижними сливными приборами. Такое разделение парка универсальных цистерн уменьшает трудоемкость и продолжительность операций по очистке внутренних поверхностей котлов, выполняемых перед наливом в цистерны грузов, отличных от ранее перевозимых.
Однако такое разделение цистерн увеличивает их порожний пробег, простои под накоплением на сортировочных станциях и осложняет формирование вагонного парка. К 2000 г. все универсальные цистерны ж. д. России оборудованы универсальными нижними сливными приборами, обеспечивающими надежную герметичность затворов. Массу жидкого груза, перевозимого в цистернах, определяют замерно-калибровочным способом, при котором измеряют высоту наполнения котла, учитывают плотностть груза и затем по специальным калибровочным таблицам, в которых приведена емкость котлов в зависимости от уровня его налива, подсчитывают массу груза. Калибровочный тип цистерны обозначен в виде металлических цифр, приваренных к котлу на обеих сторонах его цилиндрической части.
Конструкция
Все конструкции цистерны в зависимости от вида несущих элементов разделяются на два вида: конструкции, у которых все основные нагрузки, действующие на цистерну, воспринимаются рамой котла, и конструкции, у которых эти нагрузки воспринимаются самим котлом (безрамные цистерны). Кроме того, цистерны различаются по осности, грузоподъемности, объему котла, устройству, материалу и способу изготовления котла.
Основные технические характеристики универсальных цистерн общего назначения приведены в таблице 3.
4-осная цистерна для светлых нефтепродуктов (модель 15-1443) грузоподъемностью 60 т Мариупольского вагоностроительного завода (рис. 6.4) имеет котел полезной емкостью 71,7 м3. Крепление котла на раме производится в средней и в концевых его частях. К крайним опорам котел притянут стяжными хомутами, предназначенными для предотвращения вертикальных и поперечных перемещений относительно рамы.
Особенности конструкции рамы цистерны: отсутствие боковых продольных, а также промежуточных поперечных балок; наличие мощных концевых балок и облегченных продольных боковых балок лишь по концам рамы. Такая конструкция обусловлена тем, что жесткость котла значительно выше жесткости профильных боковых балок рамы, вследствие чего почти все силы, действующие на цистерну, воспринимаются котлом и затем через крайние его опоры передаются на тележки.
Модификации
На Уральском и Мариупольском вагоностроительных заводах строятся 4-осные цистерны с увеличенной базой (7,8 м вместо 7,12 м) и укороченными консолями (1,5 м вместо 1,84 м), что дает возможность улучшить динамические качества цистерны, особенно в горизонтальной плоскости, и, следовательно, повысить безопасность движения грузовых поездов, в которых имеются такие цистерны.
Для перевозки бензина спроектирована 4-осная цистерна с удельным объемом котла 1,4 м3/т, вписанная в габарит 02-ВМ, что позволяет эксплуатировать ее также на зарубежных железных дорогах с шириной колеи 1435 мм. Грузоподъемность цистерны 62 т, масса тары 25,3 т, осевая нагрузка 216 кН, погонная нагрузка 64 кН/м. 4-осные цистерны с улучшенными технико-экономическими показателями строятся также на Уралвагонзаводе и на других предприятиях России.
С целью увеличения провозной способности железных дорог Мариупольский завод тяжелого машиностроения («Азовмаш») совместно с кафедрой «Вагоны и вагонное хозяйство» Московского института инженеров железнодорожного транспорта (ныне Московский государственный университет путей сообщения) создали 8-осную цистерну (модель 15-811) безрамной конструкции (отсутствуют хребтовая балка между шкворневыми узлами и продольные боковые балки) грузоподъемностью 120 т (рис. 6.5). Увеличенный до 1,14 м3/т по сравнению с 4-осными цистернами удельный объем котла позволяет лучше использовать грузоподъемность цистерны, а возросшая до 80 кН/м погонная нагрузка - увеличить массу поезда при существующих ограничениях его длины на 30-35% и тем самым достичь большей провозной способности железных дорог, сократить капитальные вложения на развитие пропускной способности, снизить себестоимость перевозок, повысить производительность труда.
При проектировании 8-осных цистерн безрамной конструкции исходят из тенденции развития современного вагоностроения, где идея применения цельнонесущего кузова получила всеобщее признание. Такой кузов (у цистерны - котел) имеет меньшую массу, чем кузов с несущей рамой, в нем лучше используются все его основные элементы. Котел цистерны цилиндрической формы с замкнутым контуром и сравнительно толстыми стенками в большей мере, чем кузова других типов вагонов, может быть использован в качестве цельнонесущей конструкции. Котел состоит из цилиндрической части и двух днищ эллиптической формы. Прочность и устойчивость оболочки котла при его малой массе увеличивается приваркой к нему кольцевых шпангоутов омегообразного поперечного сечения. Котел имеет два сливных прибора универсального типа и два колпака с крышками малого объема для налива груза, при которых 2% объема котла, остающихся незаполненными, необходимы для температурного расширения груза при перевозке в районах с различной температурой наружного воздуха. Исследования, проведенные во ВНИИЖТ, показали, что неполное заполнение котла не представляет угрозы для безопасности движения поездов и прочности котла. Вблизи колпака расположены два предохранительно-впускных клапана. Котел оборудован наружной и внутренней лестницами, помостями и ограждениями около колпаков. Основные части котла и его опор изготовлены из низколегированной стали 09Г2Д.
Дальнейшее развитие
Дальнейшим развитием конструкции 8-осной цистерны является установка котла непосредственно на боковые скользуны четырех 2-осных тележек, из которых состоят две 4-осные тележки. Отсутствие тяжелых соединительных балок 4-осных тележек позволяет снизить массу цистерны на 2,5-3 т и за счет этого повысить ее грузоподъемность. Кроме того, улучшаются условия осмотра и ремонта ходовых частей, удобнее располагаются части автотормоза, появляется возможность применения устройства (авторежима) для автоматического изменения величины давления в тормозном цилиндре в зависимости от степени загрузки цистерны, а также увеличения расстояния между сливными приборами с целью облегчения промывки котла. Однако у такой цистерны необходимо регламентировать силы трения в скользунах, чтобы обеспечить более свободный относительный поворот опор котла и скользунов при движении в самых неблагоприятных условиях (особенно в кривых малого радиуса); предотвратить значительные перегрузки и разгрузки в вертикальной плоскости 2-осных тележек при движении по неровностям пути и горбу сортировочной горки. Функции балансира, которые выполняет соединительная балка при типовом опирании котла на тележки через подпятники, здесь осуществляет специальное балансирующее (распределительное) устройство. Проведенные во ВНИИЖТ и МИИТ динамические (ходовые) испытания и испытания по воздействию на путь опытного образца такой цистерны в реальных условиях эксплуатации на магистральных участках пути показали, что конструкция цистерны является перспективной.
8-осные цистерны, построенные по габариту Тц, учитывая их экономическую эффективность по сравнению с 4-осными и 6-осными, а также преимущества габарита Тц по сравнению с габаритом 1-Т, в первую очередь должны эксплуатироваться на направлениях массовой перевозки нефтепродуктов в маршрутных большегрузных поездах (до 10-12 тыс. т). При ограниченных длинах станционных путей такие перевозки можно осуществлять лишь при использовании цистерн с увеличенной погонной нагрузкой. Кроме того, в поездах такой массы при движении по участкам с кривыми малого радиуса, на больших подъемах и спусках профиля пути при формировании составов из 8-осных цистерн возникают продольные силы, которые оказывают значительное влияние на устойчивость от выжимания вагонов из поезда.
Мариупольский завод тяжелого машиностроения («Азовмаш») совместно с МИИТ и ВНИИЖТ разработали конструкцию 8-осной цистерны габарита Тц. Котел с десятью шпангоутами с внутренним диаметром 3,4 м составлен из нижнего (броневого) листа толщиной 12 мм, верхних и боковых листов толщиной 9 мм и двух днищ толщиной листа 12 мм. Цистерна спроектирована на грузоподъемность 125 т, массу тары 51 т, полный объем котла 159 м3, осевую нагрузку 216 кН и погонную нагрузку 94,2 кН/м. Вследствие меньшей длины котла цистерна, в отличие от других типов 8-осных цистерн, имеет один сливной прибор и одну горловину люка. На «Азовмаше» впервые в мировой практике вагоностроения спроектирована 8-осная цистерна (модель 15-1500) с переменным профилем шпангоутов котла (десять шпангоутов на котле). В зоне наибольших ограничений по габариту шириной цистерны высота шпангоута уменьшена с 110 мм до 15мм, что позволило увеличить внутренний диаметр котла с 3 до 3,2 м при одинаковом габарите подвижного состава 1-Т. Грузоподъемность цистерны 125 т, масса 51 т, удельный объем котла 1,25 м3/т; средняя погонная нагрузка нетто увеличена на 11% по сравнению с цистерной модели 15-811. С 1988 г. на «Азовмаше» после всесторонних испытаний начался серийный выпуск цистерн.