Введение к работе
Актуальность работы.
Транспортировка грузов для предприятий химической промышленности в Российской Федерации осуществляется преимущественно железнодорожным транспортом, причем основная часть грузов перевозится в универсальных вагонах. Грузы, вызывающие интенсивную коррозию или требующие наличия специальных устройств погрузки-выгрузки, транспортируются в специализированном подвижном составе, который в настоящее время получает все большее распространение. Это объясняется тем, что при использовании специализированных вагонов обеспечивается лучшая сохранность грузов, сокращение эксплуатационных расходов, повышение производительности труда и экологической безопасности при одновременном снижении рисков возникновения аварийных ситуаций.
В последние годы парк специализированных вагонов-цистерн постоянно сокращается, в результате чего возникает дефицит вагонов для транспортировки агрессивных химических грузов, даже в условиях снижения объемов перевозок. Все больше вагонов-цистерн выходит из эксплуатации вследствие окончания нормативного срока службы. Одним из способов решения проблемы нехватки вагонов в условиях существующей экономической ситуации является проведение комплекса работ по продлению срока их безопасной эксплуатации. Исходя из опыта прошлых лет, данные мероприятия, по сравнению с покупкой аналогичного нового подвижного состава, оказывают существенный экономический эффект, который может достигать 40 %.
Таким образом, исследования направленные на совершенствование методов оценки и восстановления ресурса вагонов-цистерн с котлами из алюминиевых сплавов на сегодняшний день являются актуальными и способствуют существенному улучшению экономической ситуации страны.
Целью работы является разработка комплекса методик по оценке и восстановлению ресурса основных элементов металлоконструкции специализированных вагонов-цистерн с котлами из алюминиевых сплавов и обоснование ремонтных мероприятий для их последующей безопасной эксплуатации.
За последние несколько десятилетий специалистами ведущих организаций России и Украины выполнено большое количество работ, связанных с оценкой технического состояния и прогнозированием срока безопасной эксплуатации универсальных вагонов-цистерн. Значительно менее изучены специализированные вагоны-цистерны с котлами из алюминиевых сплавов, спрос на которые в настоящее время со стороны перевозчиков продолжает
возрастать. В диссертационной работе для достижения сформулированной цели были поставлены и решены следующие основные задачи:
Выполнен анализ потребности в перевозке агрессивных химических грузов в вагонах-цистернах на территории Российской Федерации.
Проведена классификация эксплуатационных повреждений вагонов-цистерн для химических грузов и проанализированы основные причины их возникновения в зависимости от стадии жизненного цикла.
Сформирована конструктивная блок-схема вагона-цистерны модели 15-1406, учитывающая наиболее нагруженные и подверженные возникновению повреждений в эксплуатации элементы металлоконструкции.
Разработаны алгоритм и методика оценки ресурса вагонов-цистерн с котлами из алюминиевых сплавов, с учетом необходимого объема ремонтных операций.
Предложены алгоритм и методика обоснования допускаемых дефектов и браковочных критериев, позволяющая определять расчетным способом предельные размеры наружных и внутренних дефектов и повреждений элементов конструкции вагона-цистерны.
Выполнена апробация разработанных расчетных моделей, методик и алгоритмов при оценке ресурса вагонов-цистерн.
Проведена экспериментальная проверка достоверности разработанных расчетных моделей, методик и алгоритмов и выполнена оценка их эффективности.
Выполнена оценка экономической эффективности от внедрения разработанных методик, алгоритмов и рекомендаций по оценке и восстановлению ресурса вагонов-цистерн.
Решение поставленных задач проводилось путем комбинирования аналитических методов, численного моделирования и проведения натурных экспериментов.
Научная новизна работы заключается в следующем:
Разработана конструктивная блок-схема вагона-цистерны с котлом из алюминиевых сплавов, позволяющая проектировать и модернизировать вагон в целом и его основные элементы с учетом статистических данных повреждаемости в эксплуатации.
Сформированы алгоритм и методика оценки и восстановления ресурса вагонов-цистерн с котлами из алюминиевых сплавов, позволяющие на основе использования теории графов выбрать наиболее рациональный вариант ремонта и с помощью уточненной расчетно-аналитической оценки определить его объем и срок дальнейшей эксплуатации вагона.
Выполнена классификация повреждений и дефектов, возникающих в конструкции вагонов-цистерн с котлами из алюминиевых сплавов на всех этапах жизненного цикла, позволяющая прогнозировать повреждения в эксплуатации и систематизировать вероятностные причины их возникновения.
Получены зависимости напряжений, возникающих в элементах конструкции от геометрических параметров дефектов, позволяющие обосновать предельные поверхностные и внутренние дефекты при проведении диагностирования вагонов-цистерн методами неразрушающего контроля, ремонте и модернизации.
Практическая значимость и реализация работы:
Сформированная конструктивная схема вагона-цистерны модели 15-1406 позволяет определять наиболее нагруженные и повреждаемые в эксплуатации элементы конструкции кузова и рамы.
Разработанная методика оценки и восстановления ресурса вагонов-цистерн с котлами из алюминиевых сплавов, позволяет детально оценить текущее техническое состояние основных элементов конструкции вагона, условия его эксплуатации, определить необходимый и экономически целесообразный вид ремонта и определить ресурс вагона-цистерны в целом при проведении расчетно-аналитической оценки.
Методика обоснования допускаемых дефектов и браковочных критериев в котлах из алюминиевых сплавов позволяет сформировать браковочные критерии и на каждом этапе натурного обследования вагона-цистерны проводить оценку целесообразности дальнейших работ, путем сопоставления выявленных дефектов с полученными браковочными критериями.
Полученные зависимости геометрических параметров дефектов позволяют повысить качество проводимого контроля и таким образом сократить внеплановые эксплуатационные расходы.
Результаты работы использованы при разработке технических условий на капитальный ремонт с продлением срока полезного использования и переоборудования под перевозку стирола вагонов-цистерн модели 15-1406 и внедрены на предприятиях Владикавказский ВРЗ (филиал ОАО « РЖД ») и ОАО « Саяногорский ВРЗ ».
Внедрение рекомендованных мероприятий, для вагонов-цистерн находящихся в эксплуатации по сравнению с заменой существующего грузового парка вагонов на новый, позволяет получить годовой экономический эффект не менее 70 000 руб. на 1 вагон.
Достоверность полученных результатов подтверждается результатами экспериментальных исследований вагона-цистерны: максимальное рас-
хождение экспериментальных и расчетных напряжений при действии статических и ударных нагрузок не превышает 10%. Обоснованность разработанных рекомендаций и методик подтверждается положительными результатами эксплуатации.
В диссертационной работе изложены научно-обоснованные технические разработки по оценке и восстановлению ресурса специализированного подвижного состава, имеющие существенное значение для развития экономики железнодорожного транспорта России.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на VI научно-технической конференции «Подвижной состав XXI века: идеи, требования, проекты» ПГУПС (2009 г.); на неделях науки ПГУПС (2005, 2007 гг.); на научно-технических совещаниях ООО «Инженерный центр вагоностроения» (2007-2009 гг.).
Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 9 печатньк работах, 1 из которых издана в журнале «Транспорт Урала», входящем в перечень изданий, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией для публикации научных результатов диссертационных исследований.
Структура и объем работы. Диссертационная работа включает в себя введение, пять глав, заключение, приложение и изложена на 148 страницах машинописного текста, содержит 7 таблиц и 60 иллюстраций. Список использованных источников насчитывает 110 наименований.
