Цистерны предназначены для перевозки жидких, газообразных, затвердевающих и порошкообразных грузов. Они различаются по роду перевозимых грузов, конструкции рамы, осности и калибровочному типу. Перевозимые грузы размещаются в котле, представляющем собой специфическую форму кузова.
Универсальные цистерны подразделяются на цистерны для перевозки светлых (бензин, керосин, лигроин и т.п.) и темных (нефть, минеральные масла и т.п.) наливных грузов. Все универсальные цистерны железных дорог России оборудованы нижними сливными приборами, обеспечивающими надежную герметичность затворов.
Массу жидкого груза, перевозимого в цистернах, определяют замерно-калибровочным способом, при котором измеряют высоту наполнения котла, учитывают плотность 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.
В зависимости от устройства несущих элементов цистерны разделяются на конструкции, в которых все основные нагрузки, действующие на цистерну, воспринимаются рамой котла, и конструкции, в которых эти нагрузки восприним
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 его перемещений относительно рамы.
Особенностью конструкции рамы цистерны модели 15-1443 является отсутствие боковых продольных балок, наличие мощных концевых балок и облегченных продольных боковых балок лишь по концам рамы. Отсутствуют также промежуточные поперечные балки. Вследствие этого масса тары цистерны уменьшилась на 1,4 т. При такой конструкции силы, действующие на цистерну, воспринимаются котлом, жесткость которого значительно выше жесткости продольных боковых балок, и затем через крайние его опоры передаются на тележки.
В последние годы на Уральском и Мариупольском вагоностроительных заводах строятся четырехосные цистерны с увеличенной базой (7,8 м вместо 7,12 м) и укороченными консолями (1,5 м вместо 1,84 м), что улучшает динамические качества цистерны, особенно в горизонтальной плоскости, и повысить безопасность движения грузовых поездов, в которых имеются такие цистерны.
Для перевозки бензина спроектирована четырехосная цистерна с удельным объемом котла 1,4 м³/т, вписанная в габарит 02-ВМ, что позволяет эксплуатировать ее на зарубежных железных дорогах с шириной колеи 1435 мм. Грузоподъемность такой цистерны 62 т, масса тары 25,3 т, осевая нагрузка 216 кН, погонная нагрузка 64 кН/м. В последние годы постройка четырехосных цистерн с улучшенными технико-экономическими показателями производится на Уралвагонзаводе и на других предприятиях России.
Для увеличения провозной способности железных дорог Мариупольским заводом тяжелого машиностроения (Азовмаш) совместно с кафедрой «Вагоны и вагонное хозяйство» Московского института инженеров железнодорожного транспорта (ныне Московский государственный университет путей сообщения — МИИТ) создана восьмиосная цистерна безрамной конструкции модели 15-871. У нее отсутствуют хребтовая балка между шкворневыми узлами и продольные боковые балки. Грузоподъемность 120 т (рис. 4.4). Увеличенный до 1,14 м³/т удельный объем котла позволяет лучше использовать грузоподъемность цистерны, а повышенная до 80 кН/м погонная нагрузка позволяет увеличить на 30—35 % массу поезда при существующих ограничениях его длины и тем самым достичь большей провозной способности железных дорог, сократить капитальные вложения на развитие пропускной способности, снизить себестоимость перевозок, увеличить производительность труда.
При проектировании восьмиосных цистерн безрамной конструкции исходят из тенденции развития современного вагоностроения, где идея применения цельнонесущего кузова получила всеобщее признание. В таком кузове, которым является у цистерны котел, лучше используются все его основные элементы, он имеет меньшую массу, чем кузов с несущей рамой. Котел цистерны цилиндрической формы со сравнительно толстыми стенками в большей мере, чем кузова других типов вагонов, может быть использован в качестве цельнонесущей конструкции.
Котел цистерны состоит из цилиндрической части 1 и двух днищ 9 эллиптической формы. Повышение прочности и устойчивости оболочки котла при малой его массе достигается приваренными к котлу под креплением кольцевыми шпангоутами 7 и 8 омегообразного поперечного сечения. Котел имеет два сливных прибора 6 универсального типа и два колпака с крышками 4 малого объема для налива груза, при котором 2 % объема котла остаются не заполненными грузом для компенсации температурного расширения груза. Исследования, проведенные ВНИИЖТ, показали, что неполное заполнение котла грузом не представляет угрозы для безопасности движения поездов и прочности котла. Вблизи колпака расположены два предохранительно-впускных клапана 2. Котел оборудован наружной 3 и внутренней 5 лестницами, помостами и ограждениями около колпаков с крышками 4. Основные части котла и его опор изготовлены из низколегированной стали 09Г2Д.
