Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Краткий анализ современного состояния и направлений развития подвижного состава для международных перевозок укрупненных грузовых единиц. Постановка задач исследования 13
1.1. Анализ исследований по совершенствованию подвижного состава для международных перевозок грузов 13
1.2. Постановка задач исследования по ситуационной адаптации вагонов к международным перевозкам УГЕ 17
Глава 2. Разработка метода ситуационной адаптации вагонов для международных перевозок грузов 21
2.1. Структура метода ситуационной адаптации вагонов к І условиям международных перевозок грузов 22
2.2. Формирование банка данных транспортной компании по организации международных перевозок укрупненных грузовых единиц 24
2.3. Оценка габаритных ограничений на конструктивные схемы узлов вагонов для международных перевозок УГЕ ... 35
2.4. Генерация вариантов адаптации вагонов к конкретным маршрутам международных перевозок УГЕ 67
2.5. Расчетно-экспериментальная оценка характеристик модернизированных вагонов 71
2.6. Тестирование влияния аэродинамических воздействий па грузонесущий вагон 100
2.7. Адаптация систем технического обслуживания и текущего ремонта вагонов при международных перевозках 113
Выводы по разделу 2 118
Глава 3. Исследование технических характеристик переоборудованной цистерны-цементовоза в цистерну для международных перевозок светлых нефтепродуктов 120
3.1. Изменение конструктивной схемы цистерны-цементовоза при ее переоборудовании в цистерну для международной перевозки светлых нефтепродуктов 121
3.2. Расчет прочности и устойчивости котла переоборудованной цистерны 127
3.3. Испытание модернизированной цистерны на статическую прочность 133
3.4. Испытания модернизированной цистерны на ударную прочность 142
3.5. Разработка требований к отбору цистерн, подлежащих: модернизации 147
Выводы по разделу 3 149
Глава 4. Исследование характеристик нагруженности элементов вагона для перевозки контейнеров и флетов 151
4.1. Оценка напряженно-деформированного состояния специализированных рам платформ для перевозки контейнеров и других УГЕ 152
4.2. Исследование напряженно-деформированного состояния съемного кузова-флета при его подъеме 161
4.3. Изменения в конструктивной схема специализированной платформы для международных перевозок контейнеров и флетов 164
4.4. Исследование вертикальных колебаний вагона при скоростной перевозке контейнеров и флетов 174
4.5. Оценка введения дополнительных элементов, снижающих аэродинамическое сопротивление грузонесущего вагона с контейнерами или флетами 184
Выводы по разделу 4 187
Глава 5. Исследование характеристик нагруженности элементов вагона со съемным кузовом 189
5. . Конструктивная схема вагона со съемным кузовом 189
5.2. Оценка напряженно-деформированного состояния опорной рамы и котла цистерны при многоярусном складировании на грузовой площадке 192
5.3. Исследование напряженно-деформированного состояния рам вагонов со съемными кузовами 196
5.4. Исследования вертикальных колебаний вагона со съемным кузовом 208
5.5. Оценка введения дополнительных элементов, снижающих аэродинамическое сопротивление вагона со съемным кузовом 221
Выводы по разделу 5 222
Глава 6. Исследование характеристик нагруженности элементов вагона при двухуровневой перевозке УГЕ 224
6.1. Исследование напряженно-деформированного состояния рамы платформы с пониженной погрузочной площадкой... 227
6.2. Влияние внунтреннего приложения продольной нагрузки на НДС рамы платформы 236
6.3. Оценка дополнительных напряжений в элементах рамы вагона при погрузке УГЕ с боковой платформы 242
6.4. Исследование вертикальных колебаний вагона при перевозке автопоездов 244
6.5. Оценка введения дополнительных элементов, защищающих груз от внешних воздействий при двухуровневой перевозке УГЕ 255
Выводы по разделу 6 258
Глава 7. Исследование характеристик нагруженности элементов вагона при трехуровневой перевозке УГЕ 259
7.1. Исследование габаритных возможностей перевозки на железнодорожных платформах «наездников» 261
7.2. Исследование напряженно-деформированного состояния рамы платформы при перевозке другой платформы с УГЕ 263
7.3. Оценка динамических характеристик многоосной тележки с гидрораспределителем нагрузок по колесным парам 267
7.4. Исследование вертикальных колебаний вагона при трехуровневой перевозке УГЕ 275
7.5. Оценка введения дополнительных элементов в вагоны для снижения аэродинамических воздействий на экипаж и УГЕ.. 290
Выводы по разделу 7 292
Глава 8. Адаптация систем технического обслуживания вагонов при международных перевозках УГЕ 294
8.1. Исследование причин ускоренного неравномерного износа колесных пар тележек 18-100 298
8.2. Совершенствование технологии контроля технического состояния составных частей тележек 18-100 303
8.3. Испытания съемных накладок, регулирующих размерные цепи и структурные связи элементов тележки 18-100 315
8.4. Анализ результатов применения адресного упреждающего технического обслуживания ходовых частей цистерн в транспортной компании 320
8.5. Оценочный расчет экономической эффективности применения под вагонами модернизированной тележки 18-100... 324
Выводы по разделу 8 325
Заключение 330
Библиография
- Постановка задач исследования по ситуационной адаптации вагонов к международным перевозкам УГЕ
- Оценка габаритных ограничений на конструктивные схемы узлов вагонов для международных перевозок УГЕ
- Расчет прочности и устойчивости котла переоборудованной цистерны
- Изменения в конструктивной схема специализированной платформы для международных перевозок контейнеров и флетов
Введение к работе
Многолетний опыт наиболее развитых стран мира позволяет констатировать, что международная торговля наиболее эффективно способствует развитию национальных экономик, но одновременно требует применения новых подходов к организации этих перевозок.
Основой новой организации перевозок является ситуационная адаптация межгосударственных транспортных комплексов с учетом следующих принципов: присоединение всех стран по транспортным коридорам в качестве субъектов международного права к международным конвенциям и их вступление в международные транспортные организации; применение принципа свободного предпринимательства и равенства перед законом; приватизация транспортных систем; желание получать инвестиции для развития; унификация национальных предписаний с предписаниями мирового сообщества; улучшение условий для конкуренции и синергетики между видами транспорта и в рамках каждого вида транспорта; развитие транспортной инфраструктуры с применением результатов научно-исследовательских работ, самых современных технологий и методов.
Реализация этих принципов позволяет экономить и рационально использовать топливно-энергетические ресурсы, лучше эксплуатировать транспортные средства, ускорять таможенные процедуры, повышать скорость и снижать сроки поставок, уменьшать потребности в складских помещениях и т. д.
Основным документом, регламентирующим межгосударственные перевозки, является Конвенция о международных смешанных перевозках грузов от 1980 г., принятая на Дипломатической конференции в Женеве (Конвенция 1980 г.). Конвенция распространяется на все виды транспорта. Смешанные перевозки регламентируются также рядом транспортных Конвенций (Соглашение КОТИФ, Конвенция ЦМР, Варшавская конвенция и др.).
По Конвенции 1980 г. смешанные перевозки осуществляются оператором, который объединяет функции оператора и перевозчика. Оператор принимает груз для исполнения смешанной перевозки в пункт назначения. Он берет на себя обязанности оформлять в процессе перевозки необходимые документы, производить (за счет грузовладельца) соответствующие платежи, выполнять таможенные формальности и другие действия, связанные с перевозкой.
Обычно в перевозки вовлекаются различные компании (транспортные, торговые, экспедиторские, промышленные и др.), что, в свою очередь, накладывает специфические требования на формы их взаимодействия по следующим направлениям:
комплексное развитие материально-технической базы транспортных систем (подвижного состава, контейнерного и трейлерного парков и т.д.);
адаптация параметров развития подвижного состава по габаритам, грузоподъемности и вместимости, обеспечение возможности перевозки грузов на разном подвижном составе в одной и той же таре и упаковке;
-управление движением укрупненных грузовых единиц (УГЕ) посредством организации системы мониторинга;
- применение единообразного коммерческо-правового режима пере
возки УГЕ.
В то же время, опыт организации и функционирования международных транспортных комплексов выявил, что сдерживающим звеном дальнейшего повышения эффективности таких систем начинает становиться железнодорожный подвижной состав, который, в основном, создавался для прямых железнодорожных перевозок в рамках одной или нескольких стран, с одинаковой шириной рельсовой колеи и другими совместимыми параметрами.
Существенным техническим противоречием, в настоящее время, является отсутствие единого метода ситуационной адаптации подвижного
состава к международным перевозкам. Это приводит к необходимости выполнения частых перегрузок и перевалок груза, ухудшает качество транспортной продукции, снижает эффективность международной торговли.
Следовательно, комплексная проблема организации рациональных международных перевозок грузов приобретает, в настоящее время, особую актуальность и должна решаться на основе системного подхода при проведении глубоких научных исследований, особенно по ситуационной адаптации подвижного состава к интермодальным перевозкам.
Анализ технической информации показал, что созданию новых и совершенствованию существующих вагонов посвящены монографии и научные труды многих ученых ВНИИЖТа, ГосНИИВа, МГУПСа, ПГУПСа, Ур-ГУПСа и ряда других научных и производственных коллективов. Однако эти исследования, в основном, бьши направлены на выбор конструктивных схем и оптимальных параметров вагонов для дорог стран СНГ. Значительно меньшее внимание уделялось разработке теории и способов адаптации вагонов для смешанных международных перевозок УГЕ с минимизацией перегрузок, с приспособлением к рыночным условиям функционирования, в том числе подсистем технического обслуживания и ремонта вагонов.
Поэтому основная цель данной диссертации состояла в разработке, на основе обобщения ранее выполненных исследований и системного анализа конструктивных схем основных элементов грузовых вагонов разных стран мира, метода ситуационной адаптации вагонов (SAW) для международных перевозок грузов и решении, на его основе, ряда важных задач для железнодорожного транспорта по проведению рациональной модернизации востребованных рынком типов подвижного состава.
Реализация поставленной цели вносит существенный вклад в теорию и практику организации международных перевозок грузов и способствует ускорению научно-технического прогресса на железнодорожном транспорте.
Научная новизна работы заключается в следующем:
Разработан метод ситуационной адаптации вагонов для международных перевозок грузов, основанный на учете габарито-массовых ограничений транспортных коридоров и совместимости автомобильного, водного и железнодорожного подвижного состава при перевозке укрупненных грузовых единиц (УГЕ).
Установлены особенности габарито-массовых ограничений подвижного состава железных дорог разных стран мира и предложена методика экспериментальной оценки безопасной транспортировки грузонесущих вагонов с минимизированными зазорами между габаритами приближения строений и подвижного состава. Обоснована необходимость введения новых структурно-габаритных характеристик для идентификации вагонов — габаритов ходовых частей, сцепного и тормозного оборудования.
Скорректирована методика генерации вариантов адаптации составных частей вагонов к различным условиям эксплуатации, с учетом совместимости экипажей с конструктивными особенностями кузовов, ходовых частей, сцепного и тормозного оборудования. Разработан алгоритм переоборудования вагонов для международных перевозок грузов.
Адаптированы методики расчетно-экспериментальной оценки характеристик модернизированных вагонов, с учетом способов погрузки и крепления к раме укрупненных грузовых единиц.
Уточнена методика тестирования влияния аэродинамических воздействий на грузонесущии вагон, с учетом климатических условий его эксплуатации.
Обоснована эффективность применения системы упреждающего технического обслуживания вагонов для международных перевозок на основе специальной технологии контроля и регулировочных элементов.
7. Установлены закономерности изменения прочностных, динамиче
ских и аэродинамических характеристик грузонесущих вагонов с разными
конструктивными схемами кузовов, рам, ходовых частей и с учетом одно-и многоуровневой перевозки укрупненных грузовых единиц.
Практическая значимость работы заключается в использовании результатов исследований при решении научных и практических задач, связанных с созданием специализированных вагонов и их составных частей.
Применение SAW метода для переоборудования цистерн-цементовозов в цистерны для международных перевозок светлых нефтепродуктов позволило с высокой экономической эффективностью и в минимальные сроки освоить поточную технологию модернизации вагонов в промышленных масштабах (переоборудовано более 800 единиц цистерн).
Применение экспериментальной методики оценки габарито-массовых параметров транспортной единицы позволяет исключить пропуск в поезда вагонов со скрытой негабаритностью, полнее использовать габариты приближения строений и повысить безопасность движения поездов.
Использование новых характеристик — габаритов ходовых частей, сцепного и тормозного оборудования позволит более рационально разрабатывать варианты взаимозаменяемых или совместимых составных частей вагонов для международных перевозок УГЕ.
Предложенная и апробированная методика генерации вариантов адаптации вагонов к международным перевозкам позволяет разрабатывать патентозащищенные новые конструкции кузовов, рам, ходовых частей, сцепного, тормозного оборудования и других элементов подвижного состава.
Разработанные прикладные методики расчета прочностных, динамических и аэродинамических характеристик специализированных вагонов позволяют ускорить процессы проектирования и переоборудования транспортных единиц для международных перевозок УГЕ.
Методика и стендовое оборудования для тестирования аэродинамических воздействий на грузонесущий вагон позволяют разрабатывать но-
вые варианты экипажей с уменьшенным воздушным сопротивлением и повышенной защитой грузов от воздействий внешней среды.
Внедрение уточненной методики контроля элементов тележек 18-100 в технологические процессы на вагоноремонтных предприятиях повысит качество ремонта, снизит сопротивление движению и увеличит работоспособность ходовых частей вагонов.
Внедрение методики адресного упреждающего технического обслуживания вагонов в транспортных компаниях «М.СБ» и «СТ» позволило в два раза повысить безотцепочный пробег вагонов.
Разработанные съемные регулировочные элементы в соединениях частей тележек 18-100 успешно прошли эксплуатационные испытания на вагонах и обеспечили повышение ресурса и снижение трудоемкости технического обслуживания и ремонта.
Предложенные конструктивные схемы: платформа для вагона (патент RU N 42493 U1 от 07.09.2004); буфер вагона (RU N 41690 U1 от 15.07.2004); сцепное устройство (RU N 41688 U1 от 8.07.2004); тележка подвижного состава (RU N 41289 Ш от 8.07.2004); вагон со съемным кузовом (RU N 42802 U1 от 28.9.2004); железнодорожное транспортное средство (RU N 41286 U1 от 8.07.2004); скользун тележки грузового вагона (Ш013 от 20.06.2003); регулировочная накладка буксового узла тележки грузового вагона (Ш014 от 20.06.2003); стенд для проверки монтажа тележки грузового вагона (Ш038 от 18.09.2003); железнодорожная цистерна для жидких нефтепродуктов (RU N 35998 U1 от 21.10.2003), будут способствовать дальнейшему развитию вагоностроения, повышая технический уровень и экономическую эффективность новых типов подвижного состава для международных перевозок.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на научно-технических советах и конференциях: в Департаменте вагонного хозяйства МПС (1999—2002 гг.), на НТС Горьковской дороги (2002 г.),
НПК Октябрьской дороги (2002 г.), на научных семинарах кафедры «Вагоны и вагонное хозяйство» и НИЛ «Динамика вагонов» ПГУПСа (2003— 2005 гг.), на Международной конференции «Подвижной состав XXI века» в Санкт-Петербурге (2003 г.), на Международной конференции «Перевозка нефти и нефтепродуктов в странах СНГ и Балтии 2004» (Москва, 2004 г.), на Всероссийской НТК с международным участием «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте» (Красноярск, 2005 г.), на Международной НТК «Подвижной состав XXI века» (Санкт-Петербург, 2005 г.).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в шести монографиях и 36 печатных работах.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 8 разделов, заключения, списка библиографических источников из 188 наименований и приложения. Общий объем работы 354 страницы, в тексте содержится 124 рисунка и 13 таблиц.
Автор выражает глубокую благодарность профессорам: Ю. П. Боро-ненко, М. М. Соколову, Н. А. Чуркову — за исчерпывающие консультации по ряду разделов диссертации и научным работникам: к.т.н. С. С. Попову, к.т.н. А. М. Соколову, к.т.н А. А. Романовой, В. Н. Нейману, Л. В. Цыганской — за помощь в выполнении расчетов характеристик вагонов.
Постановка задач исследования по ситуационной адаптации вагонов к международным перевозкам УГЕ
Проведенный ситуационный анализ выявил, что основными тенденциями при создании новых грузовых вагонов являются: повышение их производительности, качества перевозки грузов, надежности и сроков службы узлов вагонов, улучшение систем погрузки и выгрузки вагонов, сокращение времени на подготовительных операциях.
Перспективные конструкции вагонов разрабатываются с учетом: технологии основного производства фирмы-отправителя груза; условий эксплуатации и воздействия агрессивной среды, силовых, динамических нагрузок, возникающих при погрузке, выгрузке и взаимодействии с технологическими агрегатами и установками; требований надежности и ремонтопригодности; обеспечения унификации узлов и элементов; соблюдения правил техники безопасности при обслуживании; технического уровня передовых аналогов мирового вагоностроения; эргономики и технической эстетики.
С целью облегчения ручного труда, сокращения числа рабочих занятых на погрузочно-разгрузочных операциях, ускорения разгрузки у специализированных вагонов начинают механизироваться и автоматизироваться такие процессы, как: управление открыванием (смещением) элементов вагона (крышек люков, стен, секций стен, крыш); управление разгрузкой (наклоном, подъемом или поворотом кузова, изменением профиля пола, подачей сжатого воздуха в системы и т.д.); выявление возникающих в пути следования неисправностей, угрожающих безопасности движения; установка вагонов в заданном месте погрузки—разгрузки (у бункера, на вагоноопрокидывателе, отвале, эстакаде и др.); поддержание заданной температуры груза в пути следования и т.п.
Подытоживая приведенный выше обзор, не претендующий на полноту, можно констатировать, что большинство ранее выполненных исследований проводилось с учетом эксплуатации вагонов в локальных или замкнутых транспортных системах. В настоящее время, в условиях глобализации рыночной экономики и конкуренции на международном транспортном рынке, принципиально изменился подход к эксплуатации подвижного состава. На первый план выдвигаются факторы экономической эффективности межгосударственных перевозок укрупненных грузовых единиц (УГЕ). Причем в структуру транспортного рынка входят два главных взаимодействующих субъекта: транспортная система и потребители транспортной продукции — грузоотправитель и грузополучатель. Стратегия поведения субъектов подчинена одной цели — завоеванию наиболее выгодных позиций на транспортном рынке. Для потребителей транспорта это означает, по возможности, максимально сократить расходы на перевозку, добиться доступности транспорта в любое время, обеспечения сохранности и доставки груза «точно в срок». Для транспортной системы важно сохранить или завоевать наиболее благоприятное стратегическое положение по сравнению со своими конкурентами и привлечь для перевозки наибольшее количество грузов. С этой целью устанавливаются конкурентоспособные тарифы и обеспечивается высокий уровень сервиса при выполнении транспортных услуг. Результатом реализации такой стратегии является получение максимального дохода и соответствующей прибыли.
При выполнении этих фундаментальных требований транспортного рынка компании-операторы, обладая сравнительно небольшим количеством и типажом вагонного парка, должны освоить методы проведения быстрой и недорогой адаптации вагонов для конкретных условий международных перевозок УГЕ, что позволит рационально удовлетворять запросы потребителей на перевозку грузов различных видов, партионности и упаковки.
Таким образом, проблема ситуационной адаптации вагонов к международным перевозкам УГЕ становится чрезвычайно актуальной, вытекающей из стратегических задач развития экономик всех стран мира. Решение этой проблемы должно проводиться на основе комплексного исследования структурных и функциональных связей транспортно-логистических цепочек с учетом воздействия внешнего окружения и требований потребителя-заказчика перевозок.
В связи с этим, из общей проблемы организации смешанных международных перевозок укрупненных грузовых единиц, в данной работе были поставлены для решения следующие задачи:
1. Разработать метод ситуационной адаптации вагонов для международных перевозок грузов, основанный на системном учете габарито-массовых ограничений транспортных коридоров и совместимости автомобильного, водного и железнодорожного подвижного состава при перевозке укрупненных грузовых единиц (УГЕ). 2. Разработать экспериментальную методику оценки габарито-массовых параметров транспортной единицы для более полного использования габарита приближения строений и повышения безопасности движения поездов.
3. Скорректировать методику генерации вариантов адаптации составных частей вагонов к различным условиям эксплуатации, с учетом совместимости экипажей с конструктивными особенностями кузовов, ходовых частей, сцепного и тормозного оборудования. Разработать алгоритм переоборудования вагонов для международных перевозок грузов.
4. Адаптировать методики расчетно-экспериментальной оценки характеристик модернизируемых вагонов, с учетом способов погрузки и крепления к раме УГЕ.
5. Уточнить методику тестирования влияния аэродинамических воздействий на грузонесущии вагон, с учетом климатических условий его эксплуатации.
6. Установить закономерности изменения прочностных, динамических и аэродинамических характеристик грузонесущих вагонов с разными конструктивными схемами кузовов, рам, ходовых частей и с учетом одно-и многоуровневой перевозки УГЕ.
7. Разработать систему упреждающего технического обслуживания вагонов для международных перевозок на основе специальной технологии контроля и применения регулировочных элементов.
Решение поставленных задач проводилось путем комбинирования компьютерного моделирования, аналитических расчетов, проведения натурных экспериментов и эксплуатационных испытаний вагонов.
Оценка габаритных ограничений на конструктивные схемы узлов вагонов для международных перевозок УГЕ
Как было показано выше, важной задачей при организации смешанных перевозок является проведение оценки габарито-массовых параметров подвижного состава и определение возможности организации транспортировки укрупненных грузовых единиц (УГЕ) по заданному маршруту с минимальным количеством перегрузок, что обеспечивает, обычно, повышенную экономичность доставки грузов.
Поэтому второй этап SAW метода включает анализ габаритов подвижного состава разных стран мира и разработку уточненной методики определения габарито-массовых параметров вагонов с УГЕ. Затем рассматриваются габаритные ограничения ходовых частей, сцепного и тормозного оборудования, что позволило провести оценку совместимости главных устройств экипажей разных типов и приспособленность их к адаптационным изменениям в различных условиях эксплуатации. При проведении исследований широко использовались результаты анализа вагонов разных стран, приведенных в монографиях автора: «Вагоны для смешанных международных перевозок грузов», «Ходовые части подвижного состава для международных перевозок» и «Генезис сцепного и тормозного оборудования грузовых вагонов» [2, 55, 90,91,92,109].
Известно, что одним из главных условий безопасного движения подвижного состава, особенно при международных перевозках, является предупреждение возможности его соприкосновения со стационарными сооружениями, расположенными вблизи железнодорожного пути, или с подвижным составом, находящимся на соседнем пути [36]. Поэтому стационарные сооружения располагаются на определенном расстоянии от железнодорожного пути, а подвижной состав имеет ограниченное поперечное очертание.
Таким образом получаются два контура: контур, ограничивающий наименьшие допускаемые размеры приближения строений и путевых устройств к оси пути, — габарит приближения строений, и контур, ограничивающий наибольшие допускаемые размеры поперечного сечения подвижного состава, — габарит подвижного состава. Второй контур расположен внутри первого и между ними имеется пространство (зазоры), за исключением опорных поверхностей колес, где оба контура совпадают. Причем у разных государств и даже, иногда, на разных линиях одного государства габаритные ограничения могут быть различными. Поэтому перевозки грузов в вагонах при межгосударственном железнодорожном сообщении могут осуществляться только после выполнения всех процедур согласования как габаритов подвижного состава с грузом, так и других инструкций. Должны соблюдаться требования, установленные Соглашениєм о международном железнодорожном грузовом сообщении (СМГС), Служебной Инструкцией к СМГС и другими Соглашениями о прямых международных грузовых сообщениях со странами, участвующими в перевозке [3, 92].
Погруженный на подвижной состав груз с учетом упаковки и крепления должен размещаться в пределах установленного габарита погрузки, при условии нахождения вагона на прямом горизонтальном участке пути и совпадения в одной вертикальной плоскости продольных осей подвижного состава и пути. При этом размеры груза будут соответствовать габариту погрузки в поперечных сечениях, если его длина не превышает нормированных значений. Допускаемые поперечные размеры вагона с грузом должны определяться расчетом или экспериментом [50].
На рис. 2.4 приведены совмещенные габариты вагонов при ширине колеи в 1520, 1435 и 1000 мм. Анализ этого совмещения показывает всю сложность проблемы при организации международных перевозок с минимальным количеством перегрузок, а значит и с минимальной себестоимостью доставки грузов по принципу «от двери до двери». Необходимо также отметить, что строительные очертания должны определяться для всех характерных сечений проектируемого подвижного состава. Причем в разных странах методики этих расчетов могут несколько различаться.
Так, при определении вписывания грузов в габарит погрузки железных дорог Болгарии принимается высота пола платформы от уровня головок рельсов — 1300 мм, а для полувагона — 1420 мм. В других странах эти параметры существенно различаются.
Расчет прочности и устойчивости котла переоборудованной цистерны
Особенностями конструкций котлов цистерн-цементовозов является то, что они не рассчитывались на давление гидравлического удара и возможность возникновения вакуума в котле. Вследствие этого толщина верхнего листа котла этой цистерны меньше, чем у нефтебензиновых цистерн. Кроме того, откосы и рассекатели цистерн рассчитывались на перепад давлений над и под откосными пространствами в 0,5 кг/см, а не на действие гидростатического давления, которое возникает при соударении вагонов. Поэтому первоначально был выполнен комплекс исследований по обоснованию возможности переоборудования цистерн-цементовозов в цистерны для перевозки наливных грузов, в частности, для перевозки дизельного топлива с минимальными капиталовложениями и обеспечением необходимых прочностных характеристик, согласно «Норм...» [98]. Исследования проводились в три этапа. На первом этапе производился расчет прочности и устойчивости котла модифицированной цистерны, положительные результаты которого позволили провести экспериментальные испытания цистерны на статическую и ударную прочность.
Расчеты напряженно-деформированного состояния (НДС) котла модифицированной цистерны были выполнены в соответствии с требованиями «Норм ...» [98] для 1-го и 3-го режимов нагружения, включая соударения и гидростатическое давление груза в 0,4 МПа. Принятая расчетная схема котла-цистерны приведена на рис. 3.3, а ее параметры в табл. 3.1. Подготовка данных о топологии конечно-элементной расчетной схемы, расчет геометрических характеристик сечений несущих элементов вагона вычисление напряжений в элементах, распределение нагрузок в конструкции, а также рисование расчетных схем проводилось с использованием специально разработанного в Инженерном центре ОВС прикладного программного комплекса [169].
Для описания подкрепляющих и несущих элементов конструкции котла были использованы пространственные пластинчатые восьми узловые конечные элементы. В качестве глобальной системы координат при составлении расчетной схемы была выбрана правая декартовая система с центром на продольной оси вагона в плоскости среднего сечения котла.
Ось «Z» системы координат была направлена вдоль продольной оси вагона, ось «F» вертикально вверх. В качестве кинематических граничных условий в расчетной схеме были приняты следующие: в узлах расчетной схемы, соответствующих местам опирання котла на фасонные лапы были введены закрепления от перемещений по всем осям; в узлах расчетной схемы соответствующих местам опирання котла на деревянные бруски лежневых опор были введены закрепления по осям X и Y, а продольные перемещения разрешены.
При расчете было принято следующее допущение — материал конструкции работает в упругой стадии деформирования и обладает постоянными жесткостными характеристиками: модуль упругости — 2,1хЮ5МПа, коэффициент Пуассона — 0,3. Величина коэффициента запаса устойчивости при расчете методом МКЭ определялась как отношение критического внешнего давления по устойчивости оболочки к расчетной величине внешнего давления, умноженному на коэффициент начального отклонения формы.
При первом расчетном режиме учитывалось одновременное действие следующих нагрузок: от собственного веса; от гидростатического давления груза расчетной плотности; от гидравлического удара груза расчетной плотности при соударении вагонов с силой 2,5 МН; от рабочего давления—0,15 МПа.
При третьем расчетном режиме учитывалось одновременное действие следующих нагрузок: от собственного веса с учетом коэффициента вертикальной динамики равным 0,331; от гидростатического давления груза расчетной плотности с учетом коэффициента вертикальной динамики равным 0,331; от гидравлического удара груза расчетной плотности при соударении вагонов с силой 1,0 МН; от рабочего давления равного 0,15 МПа.
При первом режиме соударения учитывалось одновременное действие следующих нагрузок: от собственного веса; от гидростатического давления груза расчетной плотности; от гидравлического удара груза расчетной плотности при соударении вагонов с силой 3,0 МН; от рабочего давления равного 0,15 МПа.
При испытательном режиме учитывалось одновременное действие следующих нагрузок: от собственного веса; от гидростатического давления груза расчетной плотности; от испытательного давления равного 0,4 МПа.
На основе принципа декомпозиции расчетные напряжения при различных режимах нагружения были получены путем суммирования напряжений с соответствующими весовыми коэффициентами.
Изменения в конструктивной схема специализированной платформы для международных перевозок контейнеров и флетов
Как было показано выше, основные требования, предъявляемые к цистернам-цементовозам, отбираемым к переоборудованию, связаны с обеспечением герметичности котла и отсутствием в нем мест с глубокой коррозией. Допускаемые величины утонения листов котла должны определяться из условий обеспечения его прочности и устойчивости.
Проверку качества выполняемых работ по модернизации котла целесообразно выполнять, широко применяемым в вагонных депо ОАО РЖД, методом гидравлических испытаний согласно руководству по капитальному ремонту вагонов [143—146]. Выбор этого метода связан с тем, что в настоящее время применяемые методы ультразвукового контроля в вагонных депо эффективны только для диагностики сварных швов листов обечаек котлов цистерны, а при контроле сварки в местах постановки заглушек на котле возникают ряд трудностей, не гарантирующих качество проверки. В дальнейшем, при появлении новых приборов, методика приемочных испытаний может быть дополнена применением ультразвукового контроля модернизированных котлов цистерн. Методика отбора цистерн-цементовозов для их модернизации в цистерны для перевозки светлых нефтепродуктов должна быть основана, в первую очередь, на органолептических способах диагностики, т.е. осмотре и экспертном заключении о техническом состоянии следующих подсистем вагона: котла, рамы цистерны, тормозного, автосцепочного и котлового оборудования, а так же ходовых частей. При обследовании котла цистерны должен производится осмотр как внутренних, так и наружных его поверхностей, с целью выявления трещин, погиби и коррозии. Кроме этого должны быть замеры толщины листов котла в контролируемых точках.
Выбранные к переоборудованию цистерны должны иметь котлы отвечающие следующим требованиям: отсутствие трещин и пробоин в обечайке и днищах; отсутствие вмятин размером более 0,1 м2 и трещин в фасонных лапах; глубина коррозии элементов не должна превышать 0,1 номинальной толщины листов обечайки и днищ. Если при визуальном осмотре элементов котла выявляются зоны с коррозийными повреждениями, то следует произвести контроль толщин листов по этим зонам.
В процессе переоборудования на цистерну устанавливается: предохранительно-впускной клапан, сливной прибор, сегменты налива продукта, дополнительные элементы жесткости (шпангоуты) и опорные листы в районе лежневых опор, а также козырьки для защиты тормозного оборудования.
При визуальном осмотре рамы цистерны оценивается ее техническое состояние и выявляются: трещины, погиби и коррозированные зоны. Цистерны, подлежащие модернизации не должны иметь рамы с трещинами в хребтовой и шкворневых балках, более одного выгиба и излома концевых брусьев, а так же глубину коррозии более 1А толщины сечения любого элемента рамы.
Техническое состояние ходовых частей, тормозного и автосцепного оборудования, в принципе, не ограничивают отбор цистерн для модернизации, ввиду возможной их замены на новые в условиях вагонного депо. Однако при их техническом обслуживании, возникает ряд аспектов, которые будут исследованы в последующих разделах данной работы.
Исключение из перечисленных выше узлов цистерны составляет ударная розетка автосцепки, техническую неисправность которой в виде скола или трещины не разрешается устранять наплавкой или сваркой, а возможна лишь полная ее замена, осуществить которую в условиях вагонного депо не разрешается. Поэтому цистерны с такими неисправностями должны направляться на вагоноремонтные заводы [169].
Укрепленное на котле цистерны оборудование (внутренняя и наружная лестницы, нижнее разгрузочное устройство, патрубки и компенсирующие трубопроводы, пульт управления разгрузкой и другие) не ограничивают отбор цистерны для модернизации, так как при ее переоборудовании демонтируются и используются для ремонта других вагонов или утилизируются.
Методика приемочных испытаний модернизированных цистерн должна соответствовать методике приемки того типа вагона, в который произведено переоборудование вагона-цистерны.
