Tank head parameters assessment of influence on tank car boiler stress and strain state

• Published in: Nauka ta progres transportu no. 1(43); pp. 133 - 138
• Main Authors: Bespalko, S. V., Bogachev, V. I.
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: 06.04.2021
• ISSN: 2307-3489; 2307-6666
• DOI: 10.15802/stp2013/9605

Purpose. The purpose of the investigation is to estimate such value of a tank head depth wherein the maximum capacity of vehicle is provided and a tank vessel durability meets the requirements. Methodo-logy. The problem solution was carried out with using  the finite element analysis program NASTRAN. The finite element model is a tank shell of the railway eight-wheel tank car of model 15-1443. The load was presented as pressure. The value was accepted equal 0,4 MPa. The finite element model strain-stress state was analyzed. The tank head depth changed ranging from 0,2 m to 1,5 m. Findings. The rational tank head depth was 0,47 m from the tank vessel durability condition. This allows to improve the basic tank car parameters. It means to increase the tank vessel volume and to increase  the capacity at 0,7 ton. Authors has investigated that an additional increase of the tank vessel volume and the vehicle capacity can be achieved when the tank head sheets thickness as high as 13 mm. In this case it is necessary to recognize that the rational tank head depth is 0,4 m. Tank capacity can be increase at 1 ton. Originality. This paper presents the method of analysis of the tank car volume increase. The tank car volume increase and thus а capacity of vehicle increase allows to improve the car productiveness. Calculations results allow to give the dependence of the maximum equivalent stresses in a tank head which the depth of the one change. Practical value. It is shown that the tank head depth reduction will allow to improve parameters of the existing railway tank when the tank vessel durability meets the requirements. Investigation results can be used when new tank cars are designed. Мета. Визначити таке значення вильоту днища, при якому забезпечується максимальна вантажопідйомність вагона-цистерни при задоволенні умов міцності котла. Методика. Рішення поставленої задачі виконувалося з використанням спеціалізованого програмного комплексу NASTRAN. Розрахункова схема являє собою звичайно-елементну модель котла залізничної чотирьохвісної цистерни моделі 15-1443. Навантаження в розрахунковій схемі було представлено у вигляді тиску, значення якого приймалося рівним 0,4 МПа. Визначається напружений стан моделі котла. Величина вильоту днища котла змінювалася в межах від 0,2 м до 1,5 м. Результати. З умови міцності раціональне значення вильоту склало 0,47 м. При цьому значенні вильоту днища можливо поліпшити параметри базової цистерни: збільшити обсяг котла і підвищити вантажопідйомність на 0,7 т. Досліджено можливість додаткового збільшення обсягу котла і вантажопідйомності за рахунок збільшення товщини листів днища до 13 мм. У цьому випадку оптимальним варіантом слід визнати днище з вильотом 0,4 м. Вантажопідйомність цистерни з таким днищем перевищила вантажопідйомність базової цистерни на 1 т. Наукова новизна. У статті пропонується спосіб розрахункового обґрунтування збільшення обсягу котла вагона-цистерни. Збільшення обсягу, а отже, і вантажопідйомності, дозволяє підвищити продуктивність вагона. За результатами розрахунків отримано залежність максимальних еквівалентних напружень від вильоту днища. Практична значимість. Показано, що зменшення вильоту днища при задоволенні умов міцності котла дозволить поліпшити параметри існуючої моделі залізничної цистерни. Результати можуть бути використані при проектуванні нових цистерн.