Введение к работе
Актуальность работы. Важную роль в развитии экономики Российской Федерации играет эффективная работа железнодорожного транспорта. Одной из основных составляющих транспортной системы страны является перевозка сырьевых грузов, значительную часть которых составляют нефтепродукты. Их транспортировка осуществляется наливом в вагонах-цистернах. Парк вагонов-цистерн составляет от 45% до 100% от общего количества грузовых вагонов транспортных компаний в зависимости от их специализации. Традиционно для России вся номенклатура данных грузов перевозилась в двух типах железнодорожных цистерн: для светлых и темных нефтепродуктов. В последнее время в связи с ростом экономики страны и появлением большого количества транспортных компаний активизировалась работа по повышению эффективности транспортировки нефтепродуктов. Одним из наиболее перспективных путей в данном направлении является создание специализированных вагонов-цистерн для перевозки нефтепродуктов. Таким образом, исследования, направленные на совершенствование их конструкции, являются актуальными и вытекают из первоочередных задач, стоящих перед железнодорожным транспортом страны.
При создании данного вида подвижного состава важным является этап выбора основных технико-экономических параметров, таких, как масса тары и объем котла. При этом максимальной эффективностью обладают цистерны, параметры которых в большей мере соответствуют характеристикам грузов. Однако до настоящего времени недостаточно учитывалось расширение перечня перевозимых грузов. Кроме того, эксплуатируемые сейчас вагоны-цистерны имеют удовлетворительные эксплуатационные характеристики котла и его основных элементов, рамы, системы погрузки-выгрузки. При этом конструкции соединений основных несущих элементов, подверженных наиболее частым повреждениям при эксплуатации, уделялось недостаточно внимания.
Целью работы является совершенствование конструкции специализированных вагонов-цистерн для перевозки нефтепродуктов на основе усовершенствованной методики выбора технико-экономических параметров вагона-цистерны и методики исследования соединений основных несущих элементов котла.
Для достижения поставленной цели в диссертации решались следующие основные задачи:
1. Разработка общего алгоритма и методики выбора параметров и совершенствования конструкции соединений основных несущих элементов;
-
Выполнение классификации вагонов-цистерн для перевозки нефтепродуктов и разработка на ее основе обобщенной конструктивной схемы вагона-цистерны для перевозки нефтепродуктов;
-
Совершенствование методики выбора технико-экономических параметров новых вагонов-цистерн;
-
Разработка прикладных методик и создание расчетных моделей соединений основных несущих и подкрепляющих элементов конструкции вагона-цистерны;
-
Апробация разработанных методик, алгоритма и расчетных схем;
-
Проведение расчетно-экспериментального обоснования применения листового проката повышенного класса прочности для изготовления котлов вагонов-цистерн;
-
Проведение экспериментальных исследований новых вагонов-цистерн;
-
Оценка экономического эффекта применения разработанных методик, алгоритма и расчетных схем при совершенствовании вагонов-цистерн.
Решение поставленных задач проводилось путем комбинирования методов моделирования, аналитических методов, расчетов с применением метода конечных элементов и проведения натурных экспериментов.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Выполнена классификация, и на ее основе разработана обобщенная конструктивная схема вагона-цистерны для перевозки нефтепродуктов, представляющая ее в виде пятиуровневой иерархической структуры и позволяющая формировать комплекс основных конструктивных признаков, оценивать функциональные взаимосвязи и определять наиболее перспективные конструктивные схемы исполнения элементов соединения;
-
Сформирован алгоритм выбора параметров зон соединения основных узлов, системы опирання и подкрепляющих элементов котла, позволяющий на основе детального исследования функциональных связей элементов 3-4 уровней с учетом новых технологий производства и уточненной оценки напряженно-деформированного состояния производить выбор параметров и совершенствование конструкции элементов;
-
Разработаны уточненные параметризованные расчетные модели вагона-цистерны в целом, зон соединения основных несущих и подкрепляющих элементов, позволяющие на основе учета основных геометрических особенностей выбирать их параметры и конструктивное исполнение;
-
Получены зависимости показателей прочности от геометрических параметров соединений основных несущих элементов и подкрепляющих элементов вагона-цистерны, позволяющие выбирать рациональные
параметры специализированных вагонов-цистерн для перевозки нефтепродуктов.
Практическая ценность работы:
-
Усовершенствованная методика обоснования и выбора технико-экономических параметров позволила сформировать новые номенклатурные группы грузов и определить типаж новых специализированных вагонов-цистерн повышенной экономической эффективности;
-
Разработанные уточненные расчетные модели, основанные на детальном исследовании элементов 3-4 уровней с учетом новых технологий производства и уточненного исследования напряженно-деформированного состояния конструкции, позволяют при выполнении многовариантных расчетов сократить затраты по выбору параметров соединений основных несущих элементов и подкрепляющих элементов вагона-цистерны и повысить общее качество их проектирования;
-
Произведенная расчетная оценка напряженно-деформированного состояния конструкции вагонов-цистерн для перевозки нефтепродуктов позволяет разрабатывать комплекс конструктивно-технологических мероприятий по снижению их металлоемкости и себестоимости;
-
Выполненное расчетно-экспериментальное обоснование параметров, конструкции и технологии изготовления позволяет получить экономический эффект на один вагон не менее 630 тыс. руб. за срок службы.
Достоверность полученных результатов подтверждается результатами экспериментальных исследований вагона-цистерны: максимальное расхождение экспериментальных и расчетных напряжений не превышает: 8% при действии статических нагрузок, 7-15% при ударных нагружениях.
Обоснованность разработанных рекомендаций подтверждается положительными результатами эксплуатационных испытаний.
В диссертации излагаются научно обоснованные технические, экономические и технологические разработки, имеющие существенное значение для экономики железнодорожного транспорта страны.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались: на научно-технических конференции ФГУП «УВЗ» и УрГУПС (2006 г.); конференциях «Подвижной состав XXI века: идеи, требования, проекты» ПГУПС (2003,2005 гг.); на неделях науки ПГУПС (2005,2006 гг.); на научном семинаре кафедры «Вагоны» УрГУПС; на научно-технических совещаниях Департамента вагонного хозяйства МПС РФ и ОАО «РЖД» (2002-2006 гг.); на производственно-технических совещаниях завода «Рузхим-маш» (2003-2006 гг.).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в десяти печатных работах, отдельные разделы теоретических исследований приведены в трех отчетах о научно-исследовательских работах. Получено свидетельство на полезную модель.
Структура и объем работы. Диссертация включает в себя введение, пять глав, заключение, приложение и изложена.на 140 страницах машинописного текста, содержит 32 таблицы и 53 иллюстрации. Список использованных источников насчитывает 121 наименование.
