一种罐式集装箱裙座及框架的制作方法

本发明涉及一种罐式集装箱框架，尤其是用于装运液化天然气(LNG)的罐式集装箱用框架，该框架可使罐式集装箱通过铁路、公路、水路运输LNG。

背景技术：

近年来LNG罐式集装箱发展迅速，尤其是适用于铁路运输的LNG罐式集装箱。为了使罐式集装箱能够承受较大的铁路纵向冲击载荷，现有的铁路LNG罐式集装箱框架要么结构复杂、局部应力高、自重大；要么受力虽好，但结构设计不利于罐式集装箱加排系统的合理布置。

图1～图5是现有的一种铁路LNG罐式集装箱框架结构，其主要由罐体1a、裙座2a、纵梁组成3a、端框4a、纵梁垫板5a等组成。裙座2a一端通过箱体21a、后封板22a与罐体1a焊接连接，另一端与端框4a焊接连接。纵梁组成3a一端通过左右对称的一组纵梁32a与纵梁垫板5a、罐体1a焊接成一体，另一端通过左右对称的一组斜撑梁31a分别与端框4a的两个底角件组焊，纵梁32a通过一根横撑梁33a连接成一体。端框4a由角件41a、上斜撑42a、立柱43a、上端梁44a及下端梁45a组成。该框架结构的优点在于裙座2a兼做阀门箱，其结构空间宽敞，有利于罐箱加排系统的合理布置。存在的缺点主要有：第一，集装箱承受的纵向冲击力主要集中在端框4a的下部，而后封板22a是通过角焊缝将裙座2a下部与罐体1a连接成一体。罐式集装箱受到纵向冲击时角焊缝处承受较大的剪应力和弯曲应力，集装箱端框4a承受的纵向冲击力并不能很好的通过裙座2a传递至罐体1a。第二，罐式集装箱承受的纵向力需依次通过端框4a的底角件、斜撑梁31a、纵梁32a、纵梁垫板5a才能传递至罐体1a，力的传递路径复杂多变，框架结构多处应力集中。纵向力较大时，斜撑梁31a的拐角处还会因承受较大的附加弯矩而发生弯曲变形甚至断裂，致使纵梁组成3a削弱或丧失传递纵向力的作用。第三，框架结构复杂，自重较大。

图6～图10是现有的另一种铁路LNG罐式集装箱框架结构，其主要由罐体1b、裙座2b、纵梁组成3b、端框4b、纵梁垫板5b等组成。裙座2b为直筒形结构，外径与罐体1b的外径相同，其一端与罐体1b焊接连接，另一端与端框4b焊接连接。纵梁垫板5b焊接在罐体1b和裙座2b的底部。纵梁组成3b由斜撑梁31b、纵梁32b和横撑梁33b构成，纵梁32b的一端与端框4b焊接成一体，两立边与纵梁垫板5b焊接成一体。左右对称的一组斜撑梁31b一端分别与端框4b的左右底角件焊接，另一端与纵梁32b焊接。端框4b由角件41b、上斜撑42b、立柱43b、上端梁44b、下端梁45b及下斜撑46b组成。该框架结构的优点在于：第一，裙座2b结构简单，其截面形状与罐体1b保持一致，二者连接处不会形成较大的应力集中。第二、端框4b承受的纵向力可通过多条途径均匀分散的传递至罐体1b，且每条传递路径均简单、直接。存在的缺点主要是：LNG罐箱加排系统的管路、阀门、支撑较多，且主要集中布置于阀门箱下部，裙座2b兼做阀门箱时因其结构空间狭小且底部不平整，致使加排系统很难做到合理布置。

上述两种LNG铁路罐箱框架结构设计均存在一些不足，不能同时兼顾承载较大的纵向冲击力和合理布置加排系统。

技术实现要素：

为了解决现有LNG铁路罐箱框架结构不能同时兼顾承载较大的纵向冲击力和合理布置加排系统的技术问题，本发明要解决的技术问题是提供一种既能满足铁路运输工况，又能使加排系统中的管路、阀门、支撑等得到合理布置的LNG罐式集装箱裙座及框架。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

本发明所提供的罐式集装箱裙座，包括箱体及两个后封板，其特殊之处在于：所述箱体包括顶部直筒圆弧段、底部直筒圆弧段、第一连接段及第二连接段，所述顶部直筒圆弧段的一端通过第一连接段与底部直筒圆弧段的一端连接，所述顶部直筒圆弧段的另一端通过第二连接段与底部直筒圆弧段的另一端连接；

所述第一连接段及第二连接段沿顶部直筒圆弧段到底部直筒圆弧段的方向均依次包括垂直段、过渡段及水平段；

所述顶部直筒圆弧段和底部直筒圆弧段的外径均与罐体外径相同。

以上为本发明的基本结构，基于该基本结构，本发明还做出以下优化限定：

优化的，为确保裙座顶部圆弧段与罐体对接连接焊缝长度尽可能长，利于纵向力进行传递，本发明的顶部直筒圆弧段的圆心角为200°～240°；进一步的，为确保裙座底部圆弧段与罐体对接连接焊缝长度尽可能长，利于纵向力进行传递的同时充分降低端框下端梁高度，本发明的底部直筒圆弧段的圆心角为60°～70°。

优化的，本发明两个后封板的外沿分别与第一连接段和第二连接段的内壁相贴合并与之焊接，所述两个后封板的内壁呈圆弧状并与顶部直筒圆弧段、底部直筒圆弧段形成整圆。该结构一方面将裙座形成一个封闭的箱体结构，增大其刚度，另一方面确保裙座在整圆范围内与罐体有效连接，确保纵向力进行传递。

采用上述的裙座的罐式集装箱框架，还包括罐体、纵梁组成、端框及纵梁垫板，所述裙座一端与罐体固定连接，另一端与端框固定连接；所述纵梁组成一端与端框连接，另一端通过焊接在罐体上的纵梁垫板与罐体、裙座连接成一体；其特征之处在于：上部圆弧段和下部圆弧段均与罐体通过对接焊缝连接。

上述矩形框架的相邻两个边框之间均设置有一个斜撑，上部的两个斜撑与裙座的顶部直筒圆弧段焊接，下部的两个斜撑分别与裙座的过渡段焊接。

上述矩形框架及四个斜撑朝向罐体的端面位于同一平面，可确保裙座与端框有效连接。

上述纵梁垫板为圆弧板，其内径与底部直筒圆弧段外径及罐体外径相同，保证其与罐体和裙座密贴焊接。

上述纵梁组成3c与纵梁垫板连接的一段进行了尾翼切割。

本发明与现有技术相比，优点是：

1、本发明的罐式集装箱通过对裙座结构的设计，所承受的纵向冲击力可通过多条路径(端框→裙座→罐体；端框→纵梁→裙座→罐体；端框→斜撑梁→纵梁→裙座→罐体)进行均匀分散传递，且每条传递路径简单、直接，整个框架受力合理，不会产生较大的应力集中，能完全满足铁路运输工况。

2、框架结构简单，稳定可靠，且自重轻。

3、本发明裙座顶部圆弧段和底部圆弧段与罐体通过对接焊缝连接，确保裙座可承受较强的冲向冲击力。裙座结构宽敞、整端，便于LNG罐箱加排系统的管路、阀门、支撑合理布置。

4、本发明裙座底部圆弧直圆筒外径与罐体外径相同，可满足上述纵梁垫板同时与罐体和裙座密贴焊接，亦可间接保证纵梁组成贯通的连接罐体和裙座，极大的提高了罐箱承受和传递纵向冲击的能力，同时避免罐体和裙座连接处产生过大的应力集中。

5、本发明纵梁组成由一组左右对称的斜撑梁、纵梁和横撑梁构成。斜撑梁和纵梁构成三角结构，受力时具有较好的稳定性,纵梁一端进行尾翼切割，保证其与罐体的连接截面不发生突变，避免应力集中。

6、本发明端框的组成部件上斜撑、立柱、上端梁、下端梁和下斜撑朝向罐体的端面位于同一平面，可确保裙座与端框有效连接。

附图说明

图1为现有第一种铁路LNG罐式集装箱框架等轴测视图。

图2为现有第一种铁路LNG罐式集装箱框架仰视图。

图3为现有第一种铁路LNG罐式集装箱框架纵梁组成等轴测视图。

图4为现有第一种铁路LNG罐式集装箱框架端框主视图。

图5为现有第一种铁路LNG罐式集装箱框架裙座等轴测视图。

图6为现有第二种铁路LNG罐式集装箱框架等轴测视图。

图7为现有第二种铁路LNG罐式集装箱框架仰视图。

图8为现有第二种铁路LNG罐式集装箱框架裙座等轴测视图。

图9为现有第二种铁路LNG罐式集装箱框架端框主视图。

图10为现有第二种铁路LNG罐式集装箱框架纵梁组成等轴测视图。

图11为本发明框架等轴测视图。

图12为本发明框架裙座等轴测视图。

图13为本发明框架(不含纵梁组成)仰视图。

图14为本发明框架端框及纵梁组成等轴测视图。

图中：1a(1b、1c)罐体；2a(2b、2c)裙座；3a(3b、3c)纵梁组成；4a(4b、4c)端框；5a(5b、5c)纵梁垫板；21a(21c)箱体；22a(22c)后封板；31a(31b、31c)斜撑梁；32a(32b、32c)纵梁；33a(33b、33c)横撑梁；41a(41b、41c)角件；42a(42b、42c)上斜撑；43a(43b、43c)立柱；44a(44b、44c)上端梁；45a(45b、45c)下端梁；46a(46b、46c)下斜撑；211-顶部直筒圆弧段；212-底部直筒圆弧段、213-垂直段、214-过渡段、215-水平段。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明创造的技术方案做进一步说明，对本本发明创造所做任何形式上的变通或更改都将落入本发明创造的保护范围。

参看图11～图14，是本发明创造的实施例。该罐式集装箱框架结构主要包括罐体1c、裙座2c、纵梁组成3c、端框4c、纵梁垫板5c。裙座2c一端与罐体1c焊接连接，另一端与端框4c焊接连接，将罐体1c和端框4c连接成一体。

裙座2c由箱体21c和后封板22c组成，箱体21c上部为半直圆筒结构，圆筒外径与罐体外径相同；其下部整体为倒角矩形结构，且在最低部设置有一段圆弧直圆筒结构，圆筒外径与罐体外径相同。箱体21c与罐体1c连接时，其圆弧段与罐体1c的焊缝为对接焊，该类型接头可承受较高的冲击力和疲劳载荷；非圆弧段通过后封板22c与罐体焊接成一体。箱体21c与端框4c连接的端面全部开外坡口，保证裙座2c与端框4c的组焊质量。所述纵梁垫板5c为圆弧板，其内径与箱体21c底部圆弧直圆筒外径及罐体1c外径相同，保证其与罐体1c和裙座2c密贴焊接。纵梁垫板5c靠近端框4c的端头开坡口，坡口角度与箱体21c一致，和箱体21c与端框4c组焊成一体。

所述纵梁组成3c由一组左右对称的斜撑梁31c、纵梁32c和横撑梁33c构成。纵梁32c一端与端框4c焊接连接，同时两立边通过焊接在纵梁垫板5c上与罐体1c、裙座2c连接成一体。纵梁32c与端框4c、纵梁垫板5c的连接板全部开外坡口以保证焊接质量。纵梁32c非连接端尾翼进行圆弧过渡处理，保证其与罐体1c的连接截面不发生突变，避免应力集中。斜撑梁31c一端与端框4c的底角件焊接，另一端与纵梁32c立边侧面焊接。纵梁32c在与斜撑梁31c的连接处设置了两组横撑梁33c，从而提高纵梁32c受力点的刚度。斜撑梁31c和纵梁32c构成三角结构，受力时具有较好的稳定性。

端框4c由角件41c、上斜撑42c、立柱43c、上端梁44c、下端梁45c、下斜撑46c组焊构成。上斜撑42c、立柱43c、上端梁44c、下端梁45c和下斜撑46c朝向罐体1c的端面位于同一平面，确保裙座2c与之连接端面的平整性，从而提高焊接质量和焊接效率。

综上，采用本实施例的管式集装箱框架具有以下优点：第一、罐式集装箱承受的纵向冲击力可通过端框4c→裙座2c→罐体1c、端框4c→纵梁32c→裙座2c→罐体1c、端框4c→斜撑梁31c→纵梁32c→裙座2c→罐体1c等多条路径进行均匀分散传递，且每条传递路径简单、直接，整个框架受力合理，不会产生较大的应力集中，能完全满足铁路运输工况。第二、整个框架结构简单、紧凑，自重轻，实际使用中稳定可靠。第三、裙座结构宽敞整端，兼做阀门箱时便于加排系统合理布置。