Содержание к диссертации
Введение
1. Краткий анализ современного состояния и направлений модернизации вагонов-цистерн. Постановка задач исследования 7
1.1. Анализ исследований по совершенствованию вагонов-цистерн и их приспособлению к перевозке различных грузов 7
1.2. Постановка задач исследования по совершенствованию технологии модернизации котла вагона-цистерны 9
2. Формирование методики оценки функциональной работоспособности модернизированного котла вагона-цистерны 12
2.1. Анализ конструктивных особенностей разных типов вагонов-цистерн 13
2.2. Анализ применяемых модернизаций котлов цистерн 24
2.3. Разработка методики оценки функциональной работоспособности модернизированного котла вагона-цистерны 34
Выводы по разделу 2 47
3. Исследование технических характеристик цистерны-цементовоза, переоборудованной в цистерну для перевозки светлых нефтепродуктов 49
3.1. Изменения конструктивной схемы котла цистерны при его перепрофилировании на перевозку жидких грузов 50
3.2. Расчет прочности и устойчивости котла переоборудованной цистерны 53
3.3. Исследование напряжённо-деформированного состояния шпангоута, приваренного к котлу цистерны 61
3.4. Исследование напряжённо-деформированного состояния усиливающей накладки, приваренной к опорной зоне котла 66
Выводы по разделу 3 75
4. Экспериментальные исследования характеристик модернизированного котла цистерны 78
4.1. Испытания модернизированной цистерны на прочность при статических нагрузках 79
4.2. Испытания котла модернизированной цистерны на многоцикловые нагружения избыточным давлением 91
4.3. Исследование модернизированной цистерны на ударную прочность 99
4.4. Эксплуатационные испытания модернизированных цистерн для перевозки светлых нефтепродуктов 105
4.5. Рекомендации по переоборудованию котлов цистерн для перевозки грузов рыночной востребованности 107
Выводы по разделу 4 110
Заключение 113
Список библиографических источников 117
- Постановка задач исследования по совершенствованию технологии модернизации котла вагона-цистерны
- Анализ применяемых модернизаций котлов цистерн
- Исследование напряжённо-деформированного состояния шпангоута, приваренного к котлу цистерны
- Испытания котла модернизированной цистерны на многоцикловые нагружения избыточным давлением
Введение к работе
Актуальность работы. Важнейшими направлениями перспективного развития вагонного хозяйства железнодорожного транспорта России являются: переход на наиболее экономичные и прогрессивные технологии, соответствующие требованиям рынка транспортных услуг и приведение технического потенциала подвижного состава в соответствие с требованиями грузоотправителей и грузополучателей. Необходимость учёта интересов потребителей транспортной продукции, стремление повысить конкурентоспособность железнодорожных транспортно-грузовых комплексов требует проведения регулярной модернизации вагонов, приспосабливая их к рациональной перевозке тех грузов, которые предлагает рынок. При этом транспортные компании - собственники вагонов стремятся обеспечить для потребителей: сокращение расходов на перевозку, доступность вагонов в любое время, гарантированную сохранность и доставку грузка «точно в срок». В связи с этим становится актуальной проблема разноплановой модернизации конструкций, особенно специализированных грузовых вагонов, в условиях вагоноремонтных предприятий. Однако проводившиеся ранее исследования были посвящены, в основном, выбору конструктивных схем и оптимальных параметров грузовых вагонов без учёта их возможных модернизаций при приспособлении для рациональной перевозки тех или иных грузов и с целью повышения их эффективности в изменяющихся условиях эксплуатации. Особенно актуальной в настоящее время является задача разработки рациональной технологии модернизации и переоборудования специализированных цистерн. Это объясняется тем, что вагоны-цистерны являются специфическим видом подвижного состава и предназначены для перевозки широкой номенклатуры грузов.
Однако технологии модернизации вагонов-цистерн развиты недостаточно и для восполнения этого пробела необходимо проведение глубоких научных исследований по данной проблематике.
Цель работы - разработка рациональной технологии модернизации котла цистерны-цементовоза при его переоборудовании на перевозку светлых нефтепродуктов.
Объект исследования - конструкции вагонов-цистерн до и после модернизации.
Предмет исследования - технологии перепрофилирования вагонов- цистерн для перевозки грузов другой номенклатуры. Для достижения поставленной цели в диссертации были решены следующие задачи: 1. Проведен анализ применяемых модернизациий котлов цистерн при адаптации их к перевозке грузов рыночной востребованности.
-
Разработана методика оценки функциональной работоспособности котла цистерны-цементовоза, перепрофилированного на перевозку светлых нефтепродуктов.
-
Установлены закономерности изменения напряжённо деформированного состояния котла цистерны в зависимости от геометрических параметров и технологии монтажа подкрепляющих элементов.
-
Разработана методика и проведены многоцикловые испытания зон котла цистерны, на которых проводились сварочные работы.
-
Проведены стендовые и эксплуатационные испытания переоборудованной цистерны и разработаны рекомендации по модернизации вагонов.
Научная новизна работы
-
-
Разработана методика оценки функциональной работоспособности модернизированного котла цистерны-цементовоза, перепрофилированного для перевозки светлых нефтепродуктов.
-
Установлены закономерности изменения напряжений в котле цистерны в зависимости от геометрических параметров и монтажа подкрепляющих элементов.
-
Определено влияние технологии монтажных работ на напряжённо- деформированное состояние ремонтируемых зон котла и подкрепляющих элементов.
-
Предложена новая методика и проведены ресурсные испытания зон котла цистерны, на которых производились сварочные работы.
Практическая значимость и реализация работы
1. Использование разработанной методики оценки функциональной работоспособности модернизированных вагонов в вагонном депо Горьковской ж.д. позволило с высокой экономической эффективностью и в минимальные сроки освоить поточную технологию переоборудования цистерн-цементовозов в цистерны для перевозки светлых нефтепродуктов. В течение четырёх лет более 140 единиц переоборудованных цистерн успешно эксплуатируются на дорогах стран СНГ и Балтии.
2. Созданная установка для оценки ресурса переоборудованного котла цистерны позволяет ускорить сдачу в эксплуатацию модернизированных вагонов и обосновать реальные сроки их полезного использования.
3. Разработанная конструктивная схема перфорированных усиливающих накладок позволяет усовершенствовать технологии их монтажа и повышает прочность отремонтированных элементов вагонов.
4. Предложенная технология перепрофилирования железнодорожной цистерны позволила повысить технико-экономическую эффективность эксплуатации модернизированного подвижного состава.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на научно-технических конференциях: «Транспорт 2010», Ростов-на-Дону, 2010; «Проблемы и перспективы развития вагоностроения», Брянск, 2010; «XIII Международная научно-практическая конференция. Проблемы механики железнодорожного транспорта», Днепропетровск, 2012; на HTC Горьковской железной дороги (2004-2007), на Международной конференции «Перевозка нефти и нефтепродуктов в странах СНГ и Балтии 2004» (Москва, 2004 г.).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 8 печатных работах, из них 4 - в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.
Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх разделов, заключения, списка библиографических источников из 100 наименований. Общий объём работы состоит из 126 страниц, в тексте содержится 44 рисунка и 5 таблиц.
Постановка задач исследования по совершенствованию технологии модернизации котла вагона-цистерны
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.
Ранее выпущенные вагоны не имеют перечисленного выше дополнительного оборудования и для повышения своей конкурентоспособности на рынке транспортных услуг должны подвергаться модернизации, с учётом имеющегося остаточного ресурса и экономической целесообразности.
Таким образом, проблема проведения быстрой и недорогой модернизации эксплуатируемого вагонного парка становится чрезвычайно актуальной, вытекающей из стратегических задач развития железнодорожного транспорта России. Решение этой проблемы должно проводиться на основе комплексного исследования структурных и функциональных связей транспортно-логических цепочек, с учетом воздействия внешнего окружения и требований потребителя-заказчика перевозок.
Стратегия и тактика модернизации вагонов должна вырабатываться на основе изучения информации о спросе и предложении на рынке транспортно-экспедициониых услуг и в результате прогнозирования спроса. Особое внимание должно быть обращено на модернизацию специализированных вагонов и, в частности, цистерн. Вместе с этим, анализ технической информации выявил, что современные подходы к модернизации цистерн не в полной мере отвечают современным требованиям и необходимо проведение дополнительных исследований по данной проблематике.
В связи с этим из общей проблемы модернизации железнодорожного вагонного парка в данной работе были поставлены для решения следующие задачи.
1. Провести анализ применяемых модернизацией котлов цистерн при адаптации их к перевозке грузов рыночной востребованности.
2. Разработать методику оценки функциональной работоспособности котла цистерны-цементовоза, перепрофилированного на перевозку светлых нефтепродуктов.
3. Установить закономерности изменения напряжённо-деформированного состояния котла цистерны в зависимости от геометрических параметров и технологии монтажа подкрепляющих элементов.
4. Разработать методику и провести многоцикловые испытания зон котла цистерны, на которых проводились сварочные работы.
5. Провести стендовые и эксплуатационные испытания переоборудованной цистерны и разработать рекомендации по модернизации вагонов.
Решение поставленных задач проводилось путём комбинирования компьютерного моделирования, аналитических расчётов, проведения натурных экспериментов и эксплуатационных испытаний вагонов.
Анализ применяемых модернизаций котлов цистерн
Анализ парка эксплуатируемых цистерн выявил следующие особенности. Фирмы и транспортные компании для перевозки различных грузов используют цистерны от трёх до двенадцати типов и моделей, срок эксплуатации которых составляет от одного до сорока лет. Конструкции котлов и других составных частей цистерн часто не отвечают современным требованиям эксплуатации и требуют модернизации.
Проведённые исследования технического состояния цистерн на ряде предприятий выявили, что в основном модернизируются следующие узлы: предохранительные клапаны различных модификаций; производится переоборудование сливных приборов с верхним управлением на нижнее у цистерн для перевозки нефтепродуктов; устанавливаются на люках котлов крышки ригельного типа; изменяется система выгрузки кальцинированной соды; выполняется унификация запорной арматуры, усиление котлов и др. Так, модернизация составных частей нефтебензиновых цистерн моделей 15-1443 и 15Ц863 (рис. 2.5) при производстве КРП включает следующее: усиление котла постановкой шпангоутов; применение новой или усиленной рамы; установку новых хомутов и предохранительных козырьков; устранение перекоса котла и овальности крепительных отверстий; установку поглощающего аппарата большей энергоёмкости; дооборудование стояночным тормозом; модернизацию универсального сливного прибора; установку проушины для подтягивания вагона лебёдкой и кронштейна от саморасцепа автосцепок; усиление лестницы; модернизацию крышки люка и защитных устройств от хищения груза; установку штуцера предохранительно-впускного клапана с перепускным отверстием.
При модернизации составных частей цистерны для перевозки аммиака модели 15-1408 (рис. 2.6) при производстве КРП выполняется следующее: устанавливается новая или усиленная рама и защитный экран; производится замена фасонных лап котла; дооборудование тормозной системы стояночным тормозом, авторежимом, авторегулятором; заменяются пятники на новые; котёл дооборудуется наружными и внутренними лестницами; устраняются дефекты сварных швов, производится снятие остаточных напряжений; устанавливаются кронштейны от саморасцепа автосцепок и поглощающие аппараты большей энергоёмкости.
Модернизация составных частей цистерн для перевозки виноматериалов моделей 15-1535 и 15-1542 (рис. 2.7) при производстве КРП включает следующее: устанавливается новая или усиленная рама; производится замена всей теплоизоляции, фасонных лап котла и пятников; монтируется проушина для подтягивания вагона лебёдкой; устраняются дефекты сварных швов; модернизируются крышка люка и защитные устройства от хищения груза; котёл дооборудуется наружными и внутренними лестницами; устанавливаются кронштейны от саморасцепа.
При модернизации составных частей цистерны для перевозки жидкого пека модели 15-1532 (рис. 2.8) при производстве КРП выполняются следующие работы: производится замена или модернизация рамы; установка накладок в районе лежневых опор и предохранительных козырьков; заменяются фасонные лапы, вся теплоизоляция и пятники; устраняются дефекты сварных швов; котёл дооборудуется наружными и внутренними лестницами; устанавливаются проушины для подтягивания вагона лебёдкой и кронштейны от саморасцепа автосцепок.
Цистерны железных дорог Западной Европы также, в последнее время, модернизируются (рис. 2.9-2.11).
Так, котёл вагона-цистерны общего назначения производства Германии (рис. 2.9) усилен четырьмя шпангоутами в районе люка-лаза и в опорных зонах. Опорные зоны снабжены накладками, выходящими на днища котла. Люк-лаз выполнен уменьшенной высоты, а системы погрузки-выгрузки расположены в нижней части котла.
Для конструкции вагона-цистерны (рис. 2.10), эксплуатируемой на дорогах Западной Европы, характерно наличие сварных днищ котла, усиливающих шпангоутов, специальных приварных накладок в опорных зонах, а также вваренных в нижние части днищ открывающихся лючков.
Вагон-цистерна (рис. 2.11) для перевозки химических продуктов выполнена с котлом, который усиливается шпангоутами, продольными стрингерами в нижней части и усиливающими накладками в опорной зоне.
Для конструкции вагона-цистерны (рис. 2.10), эксплуатируемой на дорогах Западной Европы, характерно наличие сварных днищ котла, усиливающих шпангоутов, специальных приварных накладок в опорных зонах, а также вваренных в нижние части днищ открывающихся лючков.
Вагон-цистерна (рис. 2.11) для перевозки химических продуктов выполнена с котлом, который усиливается шпангоутами, продольными стрингерами в нижней части и усиливающими накладками в опорной зоне.
В таблице 2.1 приведены и другие варианты модернизации цистерн, число которых может быть весьма значительным [95,100].
Так, в варианте 1 (табл. 2.1) при эксплуатации цистерны с теневой защитой было выявлено, что из-за климатических условий на маршруте перевозки такая защита не справляется со своей ролью и её надо заменить, например, на термоизоляцию котла. Поэтому при модернизации должны выполняться большие работы по демонтажу теневой защиты и монтажу теплоизоляции. При этом будут изменены габарито-массовые параметры котла и системы крепления его к раме вагона. Методика модернизации этой цистерны должна включать, кроме обычных испытаний, проведение теплотехнических и ударных экспериментов.
В варианте 2, наоборот, было признано целесообразным не сберегать температуру перевозимого груза за счёт термоизоляции, а оснастить цистерну системой подогрева груза при его выгрузке.
Ещё более сложные работы должны быть проведены при переоборудовании бессекционного котла на многосекционный (вариант 3). В этом варианте котёл может быть разрезан на секции с постановкой промежуточных перегородок и вновь сварен в единую конструкцию.
Приведенный краткий анализ модернизаций вагонов-цистерн позволяет констатировать следующее.
Применяемые в настоящее время типы модернизаций вагонов-цистерн можно разделить на три типа. Первый тип модернизаций включает замену старотипных конструкций составных частей цистерн на новые, которые отвечают современным требованиям по прочности и работоспособности. Для этого часто разрабатываются переходные устройства, обеспечивающие постановку новых составных частей на старую конструктивную схему цистерны.
При втором типе модернизации несколько изменяется конструктивная схема цистерны за счёт постановки новых усиливающих элементов и составных частей, повышающих функциональную работоспособность и улучшающих потребительские свойства вагона, особенно при погрузочно-разгрузочных операциях.
Третьим и наиболее сложным типом модернизации является перепрофилирование цистерн для перевозки грузов рыночной востребованности и приспособление их для специфических условий и различных конструкций погрузочно-выгрузочных комплексов. При этом типе модернизации производятся особо сложные технологические операции на котле и раме цистерны, что требует научного обоснования применяемых технологий.
Исследование напряжённо-деформированного состояния шпангоута, приваренного к котлу цистерны
Для усиления котлов цистерн, как показано в разделе 2 данной работы, обычно применяются шпангоуты, изготовленные из прокатных или гнутых двутавра-, омего- или зетобразных профилей, изогнутых по профилю усиливаемой зоны котла [42].
При переоборудовании котла цистерны-цементовоза для перевозки светлых нефтепродуктов предпочтение было отдано омегообразиому профилю шпангоутов, которые показывают большую работоспособность в сложных условиях эксплуатации. Однако установка гнутых обмегообразных шпангоутов, разрезанных на четыре части, на не совсем цилиндрические части котла является весьма трудоёмким процессом.
Часто при постановке шпангоутов на котёл в некоторых местах монтажной зоны возникают трудноустранимые зазоры.
Поэтому в данном разделе работы была поставлена задача по исследованию напряжённо-деформированного состояния шпангоута, приваренного с зазором к котлу цистерны.
Схема и общий вид расчётной модели фрагмента котла цистерны, усиленного шпангоутом, приведены на рис. 3.7., 3.8.
Учитывая симметричность конструкции котла и шпангоута, расчётная модель была принята в виде половины обечайки котла и шпангоута, на которые были наложены соответствующие связи и ограничения. При разработке расчётной модели были использованы конечные элементы тонкой оболочки типа SHELL4 и объёмные элементы типа SOLID. Конечно-элементная модель фрагмента котла со шпангоутом состояла из 4126 конечных элементов и 21238 узлов.
При расчёте были приняты следующие допущения: материал конструкции работает в упругой стадии деформирования и обладает постоянными жесткостными характеристиками. В качестве нагрузки, действующей на фрагмент котла, принималась нагрузка от гидростатического давления перевозимого груза.
Подготовка данных о топологии конечно-элементной модели, расчёт геометрических характеристик сечений несущих элементов, вычисление напряжений в элементах, распределение нагрузок в конструкции, а также рисование деформированных состояний шпангоута и котла проводились с использованием прикладного программного окружения комплекса «COSMOS/M».
Расчёты выполнялись совместно со специалистами Инженерного центра объединения вагоностроителей.
В результате расчётов были получены распределения напряжений как во фрагменте котла и шпангоута, так и в сварных швах соединения шпангоута с котлом (рис. 3.9., 3.10).
Исследования показали, что наиболее нагруженными элементами рассматриваемой конструкции являются сварные швы, распределение напряжений в которых также происходит неравномерно (рис. 3.10). Наибольшая концентрация напряжений возникает в корне сварного шва, которая уменьшается в середине шва, а затем вновь возрастает в переходе сварного шва к шпангоуту. Причём прослеживается чёткая закономерность, при которой с увеличением зазора между шпангоутом и котлом уровень напряжений повышается.
Большие величины напряжений в корне шва (до 700 МПа) надо рассматривать как качественную картину, т.к. расчёты проводились в линейной постановке деформирования металлоконструкций. Тем не менее в реальных условиях нагружения котла цистерны, подкреплённого шпангоутами, следует ожидать возникновения трещин именно в корне сварного шва.
Технология постановки шпангоута на котёл должна предусматривать такую подгонку монтируемых частей, чтобы зазор между ними не превышал 2,0 мм и как можно меньших величин возникали упругие остаточные деформации.
Испытания котла модернизированной цистерны на многоцикловые нагружения избыточным давлением
Как указывалось в разделе 3 данной работы, при переоборудовании цистерны-цементовоза в цистерну для перевозки светлых нефтепродуктов её котёл подвергался существенным механическим и термическим воздействиям: были срезаны внутри котла откосы, рассекатели, желобы аэролотков; произведена герметизация (заварка) лючков и отверстий; приварены шпангоуты в районе люка-лаза; усиливающие накладки в опорных зонах; сливной прибор и др.
Для оценки влияния этих технологических воздействий на сопротивление усталости котла были проведены его испытания на многоцикловые нагружения избыточным давлением и вакуумом.
Из литературы [2, 76, 77] известно, что сопротивление усталости вагонов и их составных частей обычно определяется на вибрационных установках, которые содержат раму, катковые опоры для установки колёсных пар испытуемых вагонов, электромагнитные и пневматические пульсаторы, соединённые с надрессорными балками тележек вагонов. При включении Катковых опор и пульсаторов возбуждаются колебания вагона на рессорном подвешивании и проводятся испытания узлов и деталей подвижного состава на усталостную прочность.
Однако, указанные установки имеют, по крайней мере, следующие недостатки: вибрационному воздействию подвергаются все составные части вагона (колёсные пары, буксовые узлы, рамы и т.д.), которые во время испытаний часто выходят из строя; весьма затруднительно смоделировать наиболее критические нагрузки, действующие на котёл цистерны; постройка и эксплуатация такого стенда требует больших капиталовложений и эксплуатационных затрат.
Поэтому автором работы был предложен и реализован более простой специализированный стенд для испытаний котла цистерны на многоцикловые нагрузки, схема которого приведена на рис. 4.8 [100]. Сущность предложенного стенда состоит в том, что на испытываемый котёл У цистерны, оборудованный предохранительно-впускным клапаном 2, погрузочным люком-лазом 5 и сливным прибором 12, устанавливаются перемещаемые части стенда для испытания котла: контрольно-измерительная крышка 4 на люк-лаз 5; акустико-эмиссионные датчики 3 и трубопровод для подачи воды //, соединяющийся со сливным прибором 12, Стационарная часть стенда состоит из измерительно-диагностического комплекса 7, управляюще-распределительного устройства 10, насосной станции 9 и накопительного резервуара 8, которые связаны между собой трубопроводами 11 и линиями связи 6.
Работа стенда для испытания котла цистерны на многоцикловые нагрузки происходит следующим образом.
Подлежащая испытаниям цистерна устанавливается на специальный путь, расположенный вблизи стенда, и к ней подключаются перемещаемые части стенда: трубопровод // для подачи воды присоединяется к сливному прибору /2; контрольно-измерительная крышка 4 устанавливается на люк-лаз-5; акустико-эмиссионные датчики 3 монтируются в зонах, подлежащих контролю.
Включается насосная станция 9 и вода из накопительного резервуара 8 через управляюще-распределительное устройство 10 по трубопроводу II через сливной прибор 12 под давлением давлением 0,55 МПа начинает заполнять котёл / цистерны.
Полное заполнение котла / цистерны фиксируется контрольно-измерительной крышкой 4 и, с помощью измерительно-диагностического комплекса 7, подаётся команда управляюще-распределительному устройству 10 прекратить заполнение котла / водой.
Далее начинает реализовываться программа испытаний котла / и предохранительно-впускного клапана 2 на многоцикловые нагрузки. В соответствие с методикой испытаний, измерительно-диагностический комплекс 7 по специальному алгоритму через управляюще-распределительное устройство 10 с помощью насосной станции 9 то повышает давление в котле / до контрольных величин, то снижает давление до нормированного вакуума, откачивая воду из котла 1 через устройство 10 в накопительный резервуар 8. Во время многоцикловых испытаний котла акустико-эмиссионные датчики 3 фиксируют акустические сигналы о техническом состоянии контролируемых зон и направляют их в измерительно-диагностический комплекс 7 по линиям связи 6. Комплекс 7, обрабатывая информацию по специальной программе, выдаёт заключение о техническом состоянии частей испытуемого котла / цистерны.
При проведении ресурсных испытаний многоцикловое нагружение производится до тех пор, пока не возникнет предельное состояние или образуется трещина. По количеству многоциклового нагружения устанавливается ресурс котла или возможный срок его полезного использования [85, 97].
В качестве аналога при разработке программы испытаний котла на многоцикловые нагрузки были приняты исследования д.т.н., проф. Кель-риха М.Б. [26]. В частности, им было установлено, что наличие в котле внутреннего избыточного давления увеличивает, а вакуума - уменьшает жёсткость котла при изгибе и его сопротивляемость вибрационным нагрузкам. Наличие в котле вакуума 0,03 МПа приводит к повышению напряжении на 35-40%.
Также учитывалось, что на опорные зоны и шпангоуты котла цистерны действуют особо повышенные нагрузки при погрузочно-разгрузочных операциях, соударениях вагонов при движении в поездах и при роспуске с сортировочных горок.
Поэтому количество испытательных циклов рассчитывалось из следующих соотношений.
В исследованиях опытной цистерны, результаты которых приводятся в данном разделе работы, была принята ступенчатая система нагружения, т.е. на каждые десять циклов повышенного гидростатического давления -постепенного снижения до штатного режима реализовывался один цикл ограниченного вакуумирования - восстановления штатного давления.
В качестве объекта исследования для испытания на многоцикловые нагружения на разработанном стенде был специально изготовлен опытный котёл от списанной цистерны-цементовоза, в одной из опорных зон которого была установлена цельная усиливающая накладка с местным зазором не более 2,0 мм, а в другой опорной зоне - перфорированная усиливающая накладка, также с местными зазорами не более 2,0 мм. Один из шпангоутов был приварен на котёл с зазором 2,0 мм, а другой шпангоут - с зазором до 5,0 мм.
Все эти технологические варианты были предусмотрены на опытном котле для экспериментальной оценки влияния монтажных зазоров на работоспособность составных частей и качественного сопоставления с результатами компьютерного моделирования, приведёнными в разделе 3 данной работы.
Как указывалось выше, многоцикловые ресурсные испытания обычно проводятся до тех пор, пока не возникнет отказ - трещина или другое предельное состояние, которое фиксируется органолептическими или другими методами.
В данном случае было признано целесообразным не форсировать появление трещин в опытном котле, а его техническое состояние определять с помощью акустико-эмиссионного метода.
Как известно, в последнее время широкое распространение получает метод диагностирования технического состояния, основанный на измерении процессов излучения волн напряжений, обусловленных возникновением и развитием дефектов структуры металла, который получил название акустической эмиссии (АЭ) [19, 20]. Измерение параметров указанных волн позволяет обнаруживать различные дефекты, оценивать их размеры, степень опасности и прогнозировать разрушающую нагрузку и ресурс.
В качестве диагностического параметра были приняты: суммарная АЭ, т.е. число зарегистрированных превышений сигналом акустической эмиссии установленного уровня ограничения за исследуемый интервал времени, и спектральная плотность сигналов АЭ. т.е. распределение сигналов акустической эмиссии по частотам энергии.
Для определения этих параметров вблизи сварных швов на накладках и шпангоутах были применены диагностическая акустико-эмиссионная установка A,ine 32DN10014 и пиагностический прибор акустического контроля ВІІГВ-003-М2 (рис. 4.9).
Похожие диссертации на Совершенствование технологии модернизации котла вагона-цистерны
-
