Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор и анализ исследований по совершенствованию конструкций саморазгружающихся бункерных вагонов. Обоснование и постановка рассматриваемых в диссертации задач 7
1.1 Обзор и анализ исследований по совершенствованию конструкций саморазгружающихся бункерных вагонов 7
1.2 Формулировка и методы решения рассматриваемых в диссертации задач 11
2 Анализ конструктивных построений и структуры саморазгружающихся бункерных вагонов 14
2.1 Анализ тенденций производства и конструктивных построений бункерных вагонов для перевозки сыпучих грузов 14
2.2 Разработка структурной схемы саморазгружающегося бункерного вагона 26
3. Выбор путей совершенствования саморазгружающихся бункерных вагонов 30
3.1 Разработка алгоритма исследования и постановка задачи выбора параметров бункерных вагонов как задачи нелинейного программирования 30
3.2 Анализ надсистемы бункерного вагона на основе комплексного исследования технических требований предъявляемым к вагонам данного типа 35
3.3 Разработка математической модели адаптивной методики выбора параметров саморазгружающихся бункерных вагонов 43
3.4 Разработка уточненных алгоритмов выбора параметров бункерных вагонов по отдельным проектным процедурам специфичным для данного типа вагонов 55
4 Совершенствование конструкции вагона-хоппера для перевозки минеральных удобрений с применением разработанной методики 81
4.1 Разработка разгрузочного устройства вагона-хоппера 81
4.2 Разработка несущей металлоконструкции кузова вагона-хоппера 86
4.3 Исследование ходовых качеств бункерного вагона 102
5 Экспериментальные исследования прочности бункерного вагона для перевозки минеральных удобрений модели 55-350МШ 113
6 Использование результатов исследований на российских вагоностроительных заводах и анализ экономической эффективности от их внедрения 122
6.1 Реализация полученных результатов исследований при создании новых вагонов бункерного типа 122
6.2 Экономический эффект от внедрения нового вагона хоппера модели 19-9734 с увеличенным объемом кузова 127
Заключение 129
Список литературы 131
Приложение А
- Обзор и анализ исследований по совершенствованию конструкций саморазгружающихся бункерных вагонов
- Анализ тенденций производства и конструктивных построений бункерных вагонов для перевозки сыпучих грузов
- Анализ надсистемы бункерного вагона на основе комплексного исследования технических требований предъявляемым к вагонам данного типа
- Разработка несущей металлоконструкции кузова вагона-хоппера
Введение к работе
Актуальность работы. Развитие железнодорожного транспорта России предусматривает переоснащение вагонного хозяйства грузовыми вагонами нового поколения с улучшенными технико-экономическими параметрами и конструктивными схемами.
Особая роль в решении данной проблемы отводится созданию новых конструкций специализированных вагонов для перевозки сыпучих грузов. Это связано с возрастанием перевозок минеральных удобрений на экспорт и ростом внутренних потребностей в строительных сыпучих материалах и зерновых грузах. За последние десятилетие сформировались крупные операторские компании, в руках которых собрана основная часть парка грузовых специализированных вагонов для перевозки сыпучих грузов. Основной особенностью перевозок собственников является их специализация на узкой номенклатуре грузов. В связи с этим, предъявляются особые требования к технико-экономическим параметрам вагонов и конструкции погрузо-разгрузочных устройств вагонов-хопперов.
При создании специализированных саморазгружающихся вагонов нового поколения для перевозки сыпучих грузов чрезвычайно важной становится проблема совершенствования методов выбора рациональных параметров вагонов данного типа, что еще на ранних стадиях их проектирования позволит выявить перспективные варианты конструкций вагонов и отдельных функциональных узлов.
Основной особенностью вагонов-хопперов является их способность к саморазгрузке. Данный признак и определяет концептуальную конструктивную схему разгрузочного устройства и кузова бункерного вагона. Выбор рациональных параметров системы разгрузки вагона-хоппера определяет один их важнейших для вагонов данного типа коммерческих показателей, а именно, простой на конечных операциях. Все выше изложенное подтверждает, что актуальной является проблема разработки уточненных методов выбора конструктивных признаков и параметров функциональных узлов бункерных вагонов, на основе которых можно было бы ускорить создание подвижного состава нового поколения для перевозки сыпучих грузов.
Целью работы является обоснование выбора параметров вагонов-хопперов на основе разработанной методики совершенствования конструкций саморазгружающихся бункерных вагонов для перевозки сыпучих грузов.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Разработана адаптивная методика для выбора параметров саморазгружающихся бункерных вагонов, позволяющая на основе комплекса технических требований и структурно-функциональной модели вагона, формировать сценарий выбора параметров его конструкции.
2. Сформирован эффективный алгоритм выбора параметров несущих конструкций саморазгружающихся бункерных вагонов с использованием модифицированного метода суперэлементов.
3. Получены зависимости влияния параметров основных несущих элементов узлов на жесткость конструкции и напряженно-деформированное состояние кузова вагона, позволяющие выбирать рациональные параметры на ранних стадиях проектирования.
Практическая ценность работы.
1. Сформированный базис перспективных конструктивных схем модулей бункерных вагонов, а также комплекс технических требований к ним позволяют формулировать исходные данные и на их основе разрабатывать рациональные конструкции вагонов данного типа.
2. Практическое использование предложенной в диссертации адаптивной методики позволяет производить выбор рациональных параметров саморазгружающихся бункерных вагонов с учетом технико-экономических требований окружения и позволяет сократить сроки создания вагонов бункерного типа.
Предложенные уточненные алгоритмы выбора параметров разгрузочного устройства, несущей металлоконструкции кузова и ходовой части позво лили разработать перспективные варианты исполнения данных функциональных модулей бункерных вагонов с улучшенными показателями назначения.
Реализация. Результаты работы были использованы при разработке конструкций трех вагонов-хопперов для перевозки минеральных удобрений. Данные вагоны-хопперы изготавливаются на «БМЗ-Вагон» и «ВЛВРЗ». В настоящее время также осуществляется изготовление опытного образца бункерного вагона для перевозки легких фракций минеральных удобрений на «Рузхиммаш» по заказу «Транспортные системы Евросиб».
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на научно-технических конференциях: в Дальневосточном Государственном университете путей сообщения (2001 г.), Петербургском Государственном университете путей сообщения (2000, 2001 г.), на НТС Департамента вагонного хозяйства МПС России, на производственно-технических совещаниях ОАО «Рузхиммаш» (2000 - 2003 г.), на научных семинарах кафедры «Вагоны и вагонное хозяйство» ПГУПСа (2001, 2002 г.).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в семи печатных работах, отдельные разделы теоретических исследований приведены в четырех отчетах о научно-исследовательских работах. По результатом внедрения результатов исследований было получено свидетельство на полезную модель на кузов крытого вагона-хоппера.
Структура и объем работы. Диссертация включает в себя введение, пять глав, заключение, приложение и изложена на 141 страницах машинописного текста, список используемых источников насчитывает 123 наименований.
Обзор и анализ исследований по совершенствованию конструкций саморазгружающихся бункерных вагонов
Анализ тенденций развития современного вагоностроения показывает, что вагоны нового поколения выполняются по конструктивным схемам, которые позволяют значительно ускорить процесс погрузки и выгрузки, увеличить степень сохранности перевозимого груза, повысить уровень механизации погрузо-разгрузочных процессов, а также обеспечить высокую надежность, ремонтопригодность и минимальную стоимость жизненного цикла. Решение представленных проблем возможно на основе глубоких научных исследований по совершенствованию конструкций вагонов.
Большая роль в развитии конструкций грузовых вагонов принадлежит отечественным ученым и конструкторам, работающим в научно-производственных учреждениях, а также вагоностроительных заводах. Анализ показал, что большой вклад в совершенствование подвижного состава внесли отечественные ученные: П.С. Анисимов, Е.П. Блохин, В.И. Варава, М.Ф. Вериго, СВ. Вершинский, Л.О. Грачева, В.Н. Данилов, В.Д. Данович, Ю.В. Демин, Е.П. Дудкин, Н.М. Ершова, И.П. Исаев, Л.А. Кальницкий, А.А. Камаев, В.А. Камаев, Н.А. Ковалев, М.Л. Ковалев, М.Л. Короненко, В.Н. Котуранов, А.Д. Кочнов, Н.Н. Кудрявцев, В.А. Лазарян, В.В. Лукин, А.А. Львов, В.Б. Мед ель, Л.А. Манашкин, Е.Н. Никольский, Н.А. Панькин, М.П. Пахомов, Н.П. Петров, А.А. Попов, Ю.С. Ромен, А.Н. Савоськин, М.М. Соколов, Т.А. Тибилов, В.Ф. Ушкалов, В.Д. Хусидов, И.И. Челноков, Л.А. Шадур, И.Л. Шаринов, П.В. Шевченко, В.Ф. Яковлев, и другие, а также зарубежные исследователи И. Боймель, Д.Л. Кофман, Г. Марье, Е. Шперлинг, которыми решен ряд задач статической и динамической нагруженности рельсовых экипажей. Работы по совершенствованию конструкций подвижного состава проводятся во ВНИИЖТе, МИИТе, ГосНИИВе, ПГУПСе и ряде других ВУЗов, научных и производственных объединениях [1, 2, 5, 7, 11, 13, 19, 21, 22, 23, 28, 30, 34, 46, 55, 58, 59, 64, 86, 92, 106, 114].
Значительную лепту в современной уровень знаний в области создания бункерных вагонов внесли ученые: А.А. Битюцкий, В.В. Бокач, Г.И. Игнатенков, А.П. Малов, А.П. Погребной, А.А. Радзиховский, М.В. Троцкий, Ю.А. Хапилов, В.А. Царапкин, СМ. Шудрак и ряд других исследователей. Этими учеными были исследованы проблемы связанные с выбором рациональных параметров несущей металлоконструкции вагонов-хопперов, вопросы истечения сыпучих грузов и разработаны методы определения геометрических параметров бункеров [2, 7, 13, 19, 33, 46, 53, 57, 59, 62, 63,66,71,73,75,86,87,90,123].
В работах [89] показано отличие саморазгружающихся бункерных вагонов от остальных грузовых вагонов. Основными особенностями данного типа вагонов является оригинальная форма кузова, позволяющая осуществить выгрузку груза самотеком через люки разгрузочных бункеров в сравнительно короткие сроки без применения специализированных машин. Для открытия и закрытия разгрузочных люков на вагонах устанавливаются специальные агрегаты, позволяющие осуществлять управление выгрузкой грузов из кузовов вагонов.
На железнодорожном транспорте перевозится большая номенклатура сыпучих грузов [94], имеющих разные физико-химические параметры. Свойства перевозимых грузов и определяют основные параметры этих вагонов, такие как тип кузова, объем, размеры люков в свету и т.д. В настоящее время на российских железных дорогах эксплуатируется девять основных групп вагонов-хопперов для перевозки: цемента, минеральных удобрений, зерна, технического углерода, горячих окатышей и агломерата, охлажденного кокса, инертных строительных материалов, угля и торфа. Обозначенные в названиях вагонов грузы являются головными, и каждый представляет отдельную номенклатуру. Номенклатурные группы, по которым проектировались эксплуатируемые в настоящее время вагоны, разрабатывались в основном по критериям безопасности перевозки и сохранности груза, а именно по их химической совместимости при перевозке в одном вагоне и влиянию на них атмосферных осадков. При этом не рассматривался критерий экономической эффективности перевозки, поскольку насыпная плотность грузов по группам различается в 2 - 3 раза. Варианты исполнения кузовов и используемые агрегаты для осуществления выгрузки груза выбирались из исторически сложившихся условий и технологий перевалки грузов.
Основное внимание при проектировании саморазгружающихся бункерных вагонов уделялось: - разработке номенклатурных групп сыпучих грузов на основе критериев безопасности перевозки и сохранности грузов; - разработке типоразмерных рядов с оценкой перспективных технико-экономических параметров вагонов-хопперов на основе номенклатурных групп сыпучих грузов; - исследованию нагруженности и выбору рациональных схем модулей кузовов вагонов; - разработке и внедрению специализированных облегченных стальных гнутых профилей для несущих металлоконструкций кузовов; - унификации элементов и узлов проектируемых вагонов-хопперов с использованием отработанных и надежных деталей и узлов, выпускаемых серийно; - технологической отработке отдельных элементов кузовов вагонов-хопперов; - выбору схем антикоррозионной защиты кузовов вагонов-хопперов; Значительно меньше внимания уделялось разработке и совершенствованию комплексных методов выбора параметров бункерных вагонов на основе системного анализа окружения эксплуатации вагонов и выделения сис темообразующих модулей, определяющих конструктивные признаки разрабатываемых вагонов. Накопленный большой опыт эксплуатации саморазгружающихся бункерных вагонов позволил выявить ряд недостатков, хорошо описанных в работах [14, 15, 16, 20]. Приведенную в этих источниках информацию по отказам и недостаткам вагонов-хопперов можно разделить на следующие группы: - низкая эффективность перевозки большого перечня грузов по причине значительного недоиспользования грузоподъемности вагонов; - низкая надежность ряда элементов несущих металлоконструкций кузовов, а именно: развитие трещин в ограждениях, лобовых балках, в узлах сопряжения нижних поясов и стоек торцевых стенок, прогибы крыш вагонов, неисправности крепления крышек разгрузочных люков, отрывы подкосов торцевых стен и крайних листов крыш и боковых стенок; - коррозия кузовов вагонов и, в первую очередь, коррозия крыш кузовов и крышек разгрузочных устройств вагонов; - сводообразование при разгрузке таких грузов, как жмыхи, сырье минеральных удобрений из кузовов вагонов с относительно малыми размерами разгрузочных люков в свету; - налипание ряда перевозимых сыпучих грузов на поверхность стен кузовов вагонов; - ряд недостатков пневматических приводов в разгрузочных устройствах вагонов: отсутствие соединительных шлангов в эксплуатации, невозможность применения привода в Финляндии, Польше и ряде других стран; На основе вышесказанных недостатков можно сделать заключение о не полном соответствии эксплуатируемого парка вагонов-хопперов современным требованиям заказчиков (собственников) и перевозчиков грузов.
Анализ тенденций производства и конструктивных построений бункерных вагонов для перевозки сыпучих грузов
Вагоны-хопперы отечественного производства имеют конструкцию рамы кузова с хребтовой балкой (рисунок 1 б). Данная конструктивная схема имеет оптимальный показатель массы металлоконструкции, так как основными регламентирующими в эксплуатации нагрузками являются продольные, а рама представляет собой стержень, работающий на растяжение/сжатие. Применение такой конструкции рамы актуально на вагонах с разгрузкой на стороны от пути, где хребтовая балка работает вместе с продольным коньком и не мешает истечению груза.
Второй отличительной особенностью зарубежных вагонов-аналогов является округлая форма боковых стен кузова. Применение такой формы обосновано спецификой силового воздействия сыпучего груза на ограждения и позволяет снизить массу металлоконструкции, повысить прочность и устойчивость кузова.
Для сравнительной оценки применяемости различных вариантов узлов вагонов-хопперов была разработана классификационная таблица 1 с диаграммами, показывающими процентные соотношения применяемости каждого варианта исполнения. Анализ конструктивных признаков узлов производился по вагонам-хопперам производства Украины, Западной Европы, США, Канады, Франции и Австралии. Произведенный обзор не претендует на полноту и осуществлялся по имеющейся в открытом доступе научно-технической информации, представленной на официальных интернет сайтах производителей и собственников подвижного состава, опубликованным статьям и патентам [18]. Для классификации и анализа был выделен перечень наиболее характерных узлов и конструктивных признаков специализированных бункерных вагонов для перевозки сыпучих грузов, и проведена статистическая обработка.
По приведенным в таблице 1 диаграммам можно сделать следующие заключения о применении и развитии функциональных узлов разгрузочных устройств и вагонов-хопперов в целом: - 95% всех исследуемых вагонов-хопперов выгружаются гравитационным способом; - 70% всех вагонов-хопперов оборудованы бункерами для разгрузки в междурельсовое пространство. Около 28% вагонов разгружаются по бокам от рельсового полотна. Все вагоны хопперы производства США и Канады производят разгрузку исключительно в междурельсовое пространство; - В мировой практике преобладают два типа боковых стен кузовов вагонов-хопперов: около 51 % всех вагонов имеют прямые вертикальные стенки; 46% вагонов-хопперов имеют кузова с цилиндрическими боковыми стенками. Вагоны-хопперы с цилиндрическими боковыми стенками серийно производятся и эксплуатируются только на американском континенте; - Преобладающей в мировой практике конструкцией рамы вагона является рама без хребтовой балки 52%; - 66% всех вагонов-хопперов оборудуются четырьмя разгрузочными бункерами; - 64% всех вагонов-хопперов оборудованы четырьмя разгрузочными люками; - Для изготовления несущей металлоконструкции у 49%) вагонов-хопперов используются низколегированные стали, у 28% кузова изготавливаются из алюминиевых сплавов. Эти значения приведены для всего мирового парка вагонов-хопперов. В России и Украине вагоны-хопперы в основном изготавливаются из низколегированных сталей, а в США и Канаде около 80%-90% всех вагонов для перевозки сыпучих грузов изготавливаются с обшивой из алюминия в сочетании со стальной рамой; - В качестве антикоррозийных покрытий в основном применяют полиуретан (около 60%); - Преобладающим типом разгрузочных люков является шибер, в настоящее время около 60% мирового парка вагонов-хопперов оборудованы шиберными затворами. Это связано с их высокой надежностью и простотой конструкции; - В основном используется квадратная (45%) и прямоугольная (45%) форма люков в свету. Причиной такого применения является высокая технологичность конструкций; - 69% вагонов-хопперов оборудованы групповыми приводами и 31% индивидуальными; - Преобладающим типом привода на вагонах-хопперах является пневмопривод 40%. Данным типом привода оборудованы в основном разгрузочные устройства вагонов-хопперов России и Украины. Около 28% вагонов-хопперов в мире эксплуатируются с устройствами для открытия разгрузочных люков от внешнего источника. Внешними источниками являются подвижные механизмы, реализующие крутящий момент на выходном валу.
Проведенный обзор показал, что наиболее перспективными являются вагоны-хопперы с конструктивными схемами, при разработке которых во главу ставились такие определяющие признаки, как коммерческая эффективность перевозки грузов, физико-механические и химические свойства грузов, направление выгрузки, тип первичной энергии на терминалах. Наиболее удачные конструкции имеют четко выраженную концепцию, направленную на повышение грузоподъемности вагона, уменьшение коэффициента тары, обеспечение сохранности груза и сокращение времени на конечных операциях. В общем, по конструктивному исполнению саморазгружающиеся бункерные вагоны, приведенные в обзоре, можно разделить на четыре группы: крытые хопперы с разгрузкой в межпутье, крытые хопперы с разгрузкой на стороны от пути, открытые хопперы с разгрузкой в межпутье, открытые хопперы с разгрузкой на стороны от пути. Краткий анализ отечественных эстакад терминалов перевалки грузов [89] показал, что в России перспективное развитие могут получить первая и последняя конструктивные схемы бункерных вагонов.
Анализ надсистемы бункерного вагона на основе комплексного исследования технических требований предъявляемым к вагонам данного типа
Из рассмотрения, представленного на рисунке 5 графа видно, что выбор параметров вагона-хоппера можно представить в виде ряда последовательно-параллельных действий. Функциональные модули вагона анализируются слева направо в следующей последовательности: разгрузочное устройство, загрузочное устройство, кузов, вспомогательное оборудование (комплекс лестниц, трапов и переходных площадок), автосцепное устройство, ходовая часть вагона, и автотормоза. Связи между вершинами формируют комплекс исходных данных для каждой проектной процедуры. В случае отсутствия точных данных о параметрах подсистемы с более низким коэффициентом значимости по сравнению с рассматриваемым модулем, параметры принимаются априорно на основе анализа конструкций аналогичных подсистем вагонов-аналогов.
Выполненные исследования структуры вагона, системного анализа технических требований и взаимного влияния модулей вагона позволили на основе методов теории графов определить последовательность разработки вагонов-хопперов и сформировать основные подходы к разработанной в данной работе методике. Методика выбора параметров саморазгружающихся бункерных вагонов представлена в виде алгоритма (см. рисунки 6). Разработанный алгоритм содержит перечень основных проектных процедур, последовательность их выполнения на этапе предпроектных исследований, используемую при этом систему баз данных и схему информационных потоков между ними, а также формируемые при этом выходные документы в составе технического проекта.
Особенностью предложенной адаптивной методики является переменный состав проектных процедур, формирующихся на основе оценки приоритетности функциональных модулей бункерного вагона между собой. В результате предложенного подхода комплекс исходных данных для каждой процедуры разрабатывается на основе параметров ранние исследуемых модулей вагона. В случае отсутствия необходимой для этого информации данные принимаются априорно из уровня техники. При исследовании каждого функционального модуля вагона, где ставится задача численной оценки ряда параметров, решается оптимизационная задача на основе полученных ранее критериев качества и ограничений.
Сущность предлагаемого алгоритма (рисунок 6), разработанного для выбора параметров вагона-хоппера для перевозки минеральных удобрений, состоит в следующем.
На первом этапе (процедура ПН) осуществляется выбор основных показателей назначения и определяющих конструктивных признаков, таких как тип и вид исполнения (направление выгрузки) кузова, технико-экономические параметры и основные линейные размеры разрабатываемого вагона-хоппера. Оценка технико-экономических параметров на данном этапе осуществляется на основе априорной информации о вагонах-аналогах и характеристик грузов, предназначенных к перевозке.
Целью второго этапа (процедура РУ) является выбор параметров разгрузочного устройства бункерного вагона. Здесь ставится две задачи это выбор рациональной конструкции бункерной системы на основе исследований качеств истечения груза, а также выбор оптимальных параметров активных агрегатов системы разгрузки на основе сравнения различных конструктивных схем и оценки величин физико-механических факторов генерирующих агрегатов.
На третьем этапе (процедура ЗУ) осуществляется выбор параметров загрузочного устройства вагона. Однако подавляющее большинство эксплуатируемых в настоящее время вагонов-хопперов имеют упрощенную структуру и конструктивную схему данного модуля, в состав которого включены только кассета загрузочного люка и система блокировки и пломбирования люков. На четвертом этапе (процедура НМК) производится выбор параметров несущей металлоконструкции кузова вагона-хоппера. Кузовная часть бункерных вагонов характеризуется рядом основных конструктивных признаков к ним относятся: тип кузова (открытый/закрытый); тип рамы (наличие/отсутствие центральной балки); вариант исполнения торцевой стены (вертикальная/наклонная). Перечисленные признаки определяются на основе анализа физико-химических характеристик перевозимого груза и конструктивных признаков эстокад приемки вагонов на разгрузочных терминалах. Также на выбор параметров кузов вагона в виде исходных данных влияют уже разработанные ранее конструкции загрузочного и разгрузочного устройств. Выбор конструктивных схем и параметров элементов узлов несущей металлоконструкции осуществляется на основе исследований нагруженности. Расчетные схемы и величины нагрузок регламентируются «Норм . . » [72]. Однако кузова вагонов бункерного типа также необходимо рассчитывать на нагрузки возникающие в результате работы силовых агрегатов системы разгрузки.
На пятом этапе (процедура У) осуществляется проверка показателей назначения вагона-хоппера. Данные о модулях вагона, выбор параметров которых еще не осуществлялся, принимаются априорно. В случае неудовлетворительных технико-экономических показателей осуществляется доработка несущей металлоконструкции кузова вагона, а именно применение сталей с повышенным классом прочности и поиск новых конструктивных схем узлов.
Целью шестого этапа (процедура ВО) является разработка конструкций элементов вспомогательного оборудования. Куда включены такие узлы как переходная площадка, лестница, трапы, поручни и т.д. Положение данных узлов на вагоне, а также основные их размеры регламентированы отраслевыми стандартами.
На седьмом этапе (процедура АПА) осуществляется выбор типа автосцепного устройства и поглощающего аппарата на основе требований безопасности перевозки грузов. Целью восьмого этапа (процедура ХЧ) является исследование ходовых качеств разрабатываемого бункерного вагона оборудованного стандартными тележками. По результатам расчетов на соответствие «Норм...» [72] и сравнения с вагонами аналогами принимается решение о разработки исходных требований к модернизации ходовой части вагона.
На девятом этапе (процедура AT) формулируется концепция тормозной системы и определяется комплектность модуля вагона, а также осуществляется выбор параметров рычажной передачи, генерирующих агрегатов и системы управления. Компановка устройств тормозной системы выполняется на основе доступного габаритного пространства, определенного параметрами рамы, торцевой стены, бункеров, переходной площадки, лестницы, тележки и габарита подвижного состава. Инерционные и жесткостные характеристики элементов рычажной передачи и кронштейнов системы выбираются на основе анализа кинетостатики и собственных частот.
Разработка несущей металлоконструкции кузова вагона-хоппера
Для выбора варианта исполнения кузова по критерию направления выгрузки груза было проведено обследование терминалов разгрузки груза. В рамкам обследования были рассмотрены эстокады трех одних из крупнейших перевалочных пунктов в России: «Морской порт Санкт-Петербург», «Акрон» (г. Великий Новгород), «Фосфорит» (г. Кингисепп). Разгрузка вагонов на всех трех предприятиях производится по одной технологической схеме: - приемосдаточные операции вновь прибывшего подвижного состава; - раскредитование вагонов; - расформирование маневровым локомотивом состава на группы вагонов от одного до девяти; - снятие пломб с разгрузочных люков или штурвалов ручного привода; - открытие люков; при использовании пневмопривода предварительное подключение рукавов; - разгрузка груза; - уборка вагонов с эстокад; - сухая чистка вагонов изнутри на фронте зачистки; закрытие люков; На всех обследованных терминалах прием груза осуществляется только в межрельсовое пространство. Время разгрузки одного вагона в среднем составляет 20 минут (данные для апатитового концентрата). Для наиболее полной выгрузки вагона используется стационарные вибраторы, а также практикуется отстукивание вагона подручными средствами. Обследованные терминалы принимают по разгрузку любые модели вагонов-хопперов. Габарит для принимаемых вагонов не ограничен. На терминалах для открытия разгрузочных люков используется как сжатый воздух, так и мускульная сила рабочих. Давление воздуха в магистрали составляет 6 атм.
Произведенный анализ технического оснащения терминалов выгрузки груза показал, что разгрузка минеральных удобрений осуществляется в межрельсовое пространство, в связи с этим было принято исполнение вагона-хоппера с центральным расположением системы бункеров.
Расчет параметров бункерной системы кузова вагона-хоппера осуществлялся по приведенной во второй главе методике для перечня основных перевозимых грузов. Результаты расчета представлены в таблице 8. Как видно из результатов расчета, значения минимально допустимой ширены разгрузочного люка в свету значительно отличаются в зависимости от перевозимого груза и качества поверхностей стенок. Так по формуле Зенкова, не учитывающей шероховатость стенок бункера, значения ширины варьируются по виду груза от 106 (апатитовый концентрат) до 405 мм. (карбамид), по формуле Ричмонда при условии, что стенки бункера гладкие значения ширины составляют от 387 (апатитовый концентрат) до 669 мм. (нитрофоска), а при шероховатых стенках бун-кера этот параметр составляет от 460 (апатитовый концентрат) до 967 мм. (карбамид).
При выборе параметров бункерной системы, а именно максимального значения ширины люка в свету ориентировались на значение, рассчитанное по формуле Ричмода при условии шероховатых стенок, которое обеспечивало бы свободное истечение любого перевозимого груза. Сравнение полученных гидравлических радиусов разгрузочных люков с величинами критических радиусов по критерию сводообразования показало, что для всех перевозимых грузов условие R RKp выполняется. Рассчитанные значения углов наклона стенок бункера также зависят от перевозимого груза и состояния поверхностей стенок. При гладких стенках значения изменяются 27-41 градусов, а при шероховатых стенках 48-55 градусов.
В результате исследования истечения сыпучего груза и компоновки бункерной системы были выбраны следующие параметры: - количество бункеров - 4 шт; - размеры разгрузочных люков в свету - 1200x1500 мм; - минимальный угол наклона стенок - 50 град; Разработка активных агрегатов разгрузочного устройства вагона-хоппера Выбор параметров активных агрегатов разгрузочного устройства выполнялся по предложенной ранее методике. Из общей гаммы возможных конструктивных схем были выделены варианты конструкции разгрузочного устройства разрабатываемого вагона, удовлетворяющие следующим ограничениям: gi = {1,1,0,0,0}, / = (1...5);6 й, 8.Ограничения формировались на основе требований заказчика, грузополучателей и конструктивных признаков терминалов разгрузки. На основе представленных значений ограничений I и II рода с использованием условия (3.4.16) из возможных 372 вариантов исполнения разгрузочного устройства была найдена 31 конструктивная схема, удовлетворяющая техническим требованиям. Рассмотрим часть матрицы решения полученной в результате минимизации целевой функции при выборе рациональной конструктивной схемы разгрузочного устройства. Ниже переведены значения только для пяти конструктивных схем, обладающих наименьшими показателями сумм относительных критериев качества. Расчет суммы относительных критериев качества осуществлялся по приведенной ниже зависимости, представленной в матричном виде.
