Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор существующих платформ для транспорти ровки контейнеров, условий их эксплуатации в России 12
1.1 Анализ конструктивных и технических параметров платформ для пере
возки крупнотоннажных контейнеров и классификация платформ для пере
возки крупнотоннажных контейнеров 12
1.2 Состояние инфраструктуры сети ж.д. России на маршрутах предполагаемого следования колодцевых платформ 23
1.3 Общие технические характеристики платформы модели 13-3124 27
ГЛАВА 2. Математическое моделирование динамики платформы модели 13-3124 31
2.1 Описание математической модели вагона реализованной в программном комплексе «Универсальный механизм». Задание условий для математиче ского моделирования движения колодцевой платформы 31
2.1.1 Расчетная схема грузового вагона 38
2.1.2 Моделирование связей рессорного подвешивания и гасителя колебаний тележки модели 18-100 41
2.1.3 Моделирование геометрии пути 46
2.1.4 Моделирование геометрии колеса з
2.1.5 Моделирование контакта колесо-рельс 51
2.1.6 Методика расчета контакта колеса и рельса и определения контактных сил 51
2.1.7 Задание условий для моделирования динамики колодцевой платформы 55
2.2 Результаты моделирования движения колодцевой платформы 59
2.2.1 Прямые участки пути 59
2.2.2 Кривые участки пути 68
2.3 Выводы по результатам математического моделирования динамики плат
формы модели 13-3124 83
ГЛАВА 3. Крепления контейнеров второго яруса 84
3.1 Определение нагрузок действующих на крепления контейнера первого
яруса 84
3.2 Требования к креплениям контейнеров второго яруса 87
3.3 Определение нагрузок действующих на крепления контейнера второго яруса 88
3.4 Штанговый вариант крепления контейнеров второго яруса 90
3.5 Разработка замкового варианта 90
3.6 Испытания на соударения платформы для проверки креплений контейнеров второго яруса 94
3.7 Выводы по результатам определения наиболее эффективного и безопасного способа крепления контейнеров второго яруса 96
ГЛАВА 4. Экспериментальные исследования динамических качеств, эксплуатационные и ресурсные испытания платформы модели 13-3124 97
4.1 Основные положения программы и методики испытаний
4.2 Описание условий эксперимента
4.2.1 Описание состояния участков пути уо
4.2.2 Описание экспериментального образца платформы модели 13-3124 10
4.3 Результаты динамических испытаний платформы модели 13 - 3124... 102
4.3.1 Прямые участки пути
4.3.2. Кривые участки пути перегона Ханская - Майкоп ИЗ
4.4 Определение поперечных и вертикальных нагрузок действующих на крепления контейнеров в эксперименте на полигоне Белореченская - Майкоп 128
4.5 Эксплуатационные испытания платформы модели 13-3124 130
4.6 Ресурсные испытания платформы модели 13-3124 131
4.7 Выводы по результатам динамических и ресурсных испытаний платформы модели 13-3124, сравнение с результатами моделирования 134
ГЛАВА 5. Экспериментальное исследование возможности ускоренной доставки контейнеров на существующих видах платформ по маршруту Находка - Москва 136
5.1. Новая методика для определения скоростей контейнерных поездов в эксплуатации на маршруте Находка - Москва 136
5.2. Номенклатура измеряемых и расчетных показателей безопасности движения
5.3 Описание условий эксперимента 139
5.4 Результаты экспериментальной поездки ускоренного контейнерного поезда по маршруту Находка - Москва 141
5.4.1 Анализ скоростей движения контейнерного поезда 141
5.4.2. Результаты динамических испытаний контейнерных платформ при движении их в составе экспериментального ускоренного поезда № 1463... 142
5.4.3. Описание состояния пути на маршруте Находка - Москва 150
5.5 Выводы по результатам поездки экспериментального ускоренного контейнерного поезда по маршруту Находка - Москва 151
Заключение 153
Список используемой литературы
- Состояние инфраструктуры сети ж.д. России на маршрутах предполагаемого следования колодцевых платформ
- Моделирование связей рессорного подвешивания и гасителя колебаний тележки модели 18-100
- Определение нагрузок действующих на крепления контейнера второго яруса
- Описание экспериментального образца платформы модели 13-3124
Введение к работе
Актуальность проблемы. Основной тенденцией развития
железнодорожного транспорта в мире является увеличение конкурентоспособности железнодорожных перевозок по отношению к другим видам транспорта. Перевозка грузов в крупнотоннажных контейнерах - одно из перспективных направлений развития железнодорожного транспорта. Постоянно возрастающий объем таких перевозок увеличивает потребность в специализированном подвижном составе для повышения эффективности перевозочного процесса, а также в снижении времени доставки контейнеров. В таких условиях весьма актуальной становится разработка конструкции платформы, дающей возможность загрузки крупнотоннажных контейнеров в два яруса, обеспечивающей кратность ее погрузочной площадки длине контейнеров и проход верхнего контейнера под контактным проводом. Важным фактором является сокращение времени доставки контейнеров за счет увеличения скорости контейнерных поездов без модернизации ходовых частей.
Определение условий обращения специализированных платформ -контейнеровозов на железных дорогах России, при различных параметрах зафузки для создаваемой специализированной платформы, предназначенной для перевозки контейнеров с погрузкой в два яруса, а также установление возможности увеличения скорости контейнерных поездов, сформированных из эксплуатируемых платформ без модернизации их ходовых частей, с точки зрения безопасности движения, являются ключевыми моментами в проблеме повышения эффективности доставки контейнеров по железным дорогам России.
Цель работы. Целью диссертационной работы является исследование перспектив реализации способов повышения эффективности перевозок крупнотоннажных контейнеров, которые состоят в использовании новых вагонов-контейнеровозов и ускорении контейнерных поездов по динамическим критериям безопасности движения.
Методика исследования. Диссертационная работа базируется на комплексе экспериментально-теоретических исследований. Автором проведен анализ существующих моделей железнодорожных платформ для перевозки
4 крупнотоннажных контейнеров, для прогнозирования динамических показателей новой колодцевой платформы был выполнен расчет на математической модели железнодорожного вагона, проведен анализ результатов моделирования движения платформы для перевозки крупнотоннажных контейнеров с погрузкой в два яруса при различных параметрах груза и пути. В экспериментальной части работы с участием автора были проведены динамические и ресурсные испытания платформы модели 13-3124 для перевозки крупнотоннажных контейнеров с погрузкой в два яруса, по результатам которых были сформулированы рекомендации по эксплуатации платформы модели 13-3124 на железных дорогах России с современными конструкциями верхнего строения пути, а также проведена поездка опытного ускоренного контейнерного поезда, состоящего из типовых моделей платформ, по маршруту Находка - Москва и сделаны рекомендации по эксплуатации ускоренных поездов на маршруте Находка - Москва с существующей конструкцией верхнего строения пути. Научная новизна.
-
На основе теоретических расчетов и экспериментальных исследований доказана целесообразность использования специализированных колоддевых платформ для перевозки контейнеров с погрузкой в два яруса. Обоснована безопасность этого метода.
-
Предложен метод расчета крепления контейнеров второго яруса и требования к нему.
-
Предложен и осуществлен на практике экспериментальный метод обследования маршрутов для движения специализированных контейнерных поездов.
Результаты, выносимые на защиту.
1 Предложена новая технология перевозки крупнотоннажных
контейнеров с погрузкой в два яруса под контактным проводом
-
Обоснована безопасность применения этой технологии.
-
Предложена и осуществлена на практике методика обследования маршрутов для движения специализированных контейнерных поездов.
5 Практическая ценность. В рамках выполнения плана работ ОАО «РЖД» по темам № 19.1.02.( 19.1.005.Н)) и согласно утвержденному ОАО «РЖД» план-графику разработки «Программы действий по развитию железнодорожных контейнерных перевозок с использованием Транссибирской магистрали на период до 2030 года» были выполнены следующие работы:
-
С участием автора разработана конструкция новой колодцевой платформы.
-
Разработана конструкция креплений контейнеров второго яруса.
3 Показана возможность ускорения контейнерных поездов.
Достоверность результатов подтверждается:
. 1 результатами проведенных натурных инструментальных обследований габаритов маршрутов, на которых планировалось применение специализированных платформ с двухъярусной погрузкой контейнеров, в результате которых были установлены места, препятствующие пропуску груженых специализированных платформ, и начаты работы по их устранению;
2 осуществленной перевозкой реальных грузов в 20 и 40 футовых
контейнерах, погруженных на опытный образец платформы в два яруса, на
маршруте Москва - Астрахань;
3 данными, полученными при проведении поездки ускоренного опытного
контейнерного поезда по маршруту Находка - Москва, состоящего из типовых
контейнерных платформ, с непрерывной регистрацией динамических
показателей на протяжении всего маршрута.
Личный вклад автора состоит в следующем:
разработан новый метод перевозки крупнотоннажных контейнеров с погрузкой в два яруса по железным дорогам России под контактным проводом;
разработан новый вагон-контейнеровоз (защищен патентом);
определена возможность повышения максимальных скоростей движения для контейнерных поездов, состоящих из обычных платформ.
Апробация работы.
Основные этапы и результаты работы были доложены на научно -техническом совещании в Департаменте вагонного хозяйства ОАО «РЖД» в 2005 году, семинаре работников служб движения и габаритообследовательских станций в Российской академии путей сообщения в 2007 году, в Петербургском государственном университете путей сообщения на VI Международной научно-технической конференции «Подвижной состав 21 века: идеи, требования, проекты» в 2009 году.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе 5 из них, определенных перечнем ВАК Минобрнауки России.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения списка литературы и одного приложения, 175 страниц (из них 110 - машинописного текста), 36 таблиц, 60 рисунков.
Состояние инфраструктуры сети ж.д. России на маршрутах предполагаемого следования колодцевых платформ
В связи с особенностью загрузки контейнеров - высоким уровнем центра тяжести груженой платформы - необходимо удостоверится- в достаточном запасе устойчивости от опрокидывания при прохождении загруженной платформы по кривым участкам пути с разными скоростями, а при загрузке порожними контейнерами необходимо удостоверится в достаточном запасе от вкатывания гребня колеса на головку рельса. При эксплуатации таких платформ возможна также несимметричная их загрузка, что также требует проверки по показателям безопасности движения с помощью математической модели. Для прогнозирования таких динамических показателей новой колодцевой платформы как коэффициент устойчивости от опрокидывания, коэффициент устойчивости от вкатывания, рамные силы, ускорения кузова при движении с различными скоростями и при разных вариантах загрузки необходимо было провести математическое моделирование.
Описание математической модели вагона в программный комплекс «Универсальный механизм». Задание условий для математического моделирования движения колодцевой платформы
Динамика экипажей в нашей стране была сформирована как раздел науки на основе трудов таких ученых как: М.В. Винокуров [50], В.А. Лазарян [38,39,40,42,45,46,47,48,51], М.Ф. Вериго [55,64], СВ. Верпгинский [76,81], Л.О. Грачева [34-36,55,62,72], А.Я. Коган [53,56,67,70], В.С.Коссов, В.Н. Котуранов, Г.П. Бурчак [44], А.А. Львов[35,54,73], В.Б.Медель, А.А. Хохлов [49,68,69], Ю.С. Ромен [33,52,53,55], А.Н. Савоськин [37], В.Ф. Ушкалов [41, 42, 43, 48, 59, 65], Г.И.Матусовскии [61], В.А. Камаев [66], В.Д. Хусидов, Ю.М. Черкашин[63,74,76], A.M. Бржезовский [57, 73, 75], Анисимов П.С. [71] и другие отечественные исследователи. За рубежом этой проблемой занимались такие ученые как X. Хейман [58], В.К. Гарг[60], Р.В. Дукипатти[60], Калкер, Е. Шперлинг и др.
С начала 70-х годов прошлого века ведутся исследования в области численного моделирования динамики подвижного состава и моделирование сил, возникающих в контакте колесо-рельс. Для этих целей были разработаны такие программные продукты как Vampire (Британские железные дороги), Medyna (Германское авиационное и космическое агентство), Nucars (США) и др. Эти программные комплексы в высокой степени специализированы и оптимизированы с точки зрения минимизации вычислительных затрат при моделировании. Среди недавних разработок можно отметить программный комплекс Gensys, который вышел в свет в 1999 г. Программы для моделирования динамики механических систем общего назначения (такие как Adams, Simpack, Dads) с недавнего времени также стали включать в себя специализированные модули, ориентированные на расчет динамики железнодорожных экипажей. Adams, Gensys, Nucars, Simpack, Medyna и Vampire были протестированы при помощи тестов, разработанных в Манчестерском университете [83]. Adams появился в начале 70-х и был одним из первых коммерческих программных комплексов для моделирования динамики систем тел. Один из первых материалов на русском языке, касающийся использования Adams для моделирования железнодорожных экипажей был опубликован в еще 1987 г. [84]. В начале своего развития Adams был во многом ориентирован на решение задач линейного анализа. В начале 90-х в результате кооперации разработчиков Adams и железных дорог Германии и Нидерландов был разработан специализированный программный комплекс Adams/Rail. Adams/Rail обеспечивает несколько уровней моделирования взаимодействия колесо-рельс, начиная от линейной модели без учета реальных профилей колес и рельсов, до использования нелинейной теории контакта качения. Adams/Rail имеет открытую архитектуру, что позволяет учесть специфические нужды различных пользователей. Для работы в Adams/Rail требуется наличие основных модулей Adams. A GEM был разработан на кафедре машиностроения университета г. Кингстона, Канада. Модели железнодорожных экипажей создаются в нем при помощи графического интерфейса AutoCad. Существующая версия работает только под управлением DOS. Функции постпроцессора позволяют проводить исследования во временной и частотной областях, контролировать обезгрузку колес, устойчивость, плавность хода. Отмечается удобный графический интерфейс и широкие возможности анимационного представления результатов решения [91].
Medyna - интегрированный программный комплекс, включающий множество разнообразных возможностей. Как и ряд других программ, Medyna использует подходы динамики систем тел для автоматического составления уравнений движения. Для моделирования движения железнодорожного экипажа в кривых вводится подвижная система координат (СК). Абсолютное перемещение экипажа складывается из малых перемещений относительно подвижной СК, связанной с экипажем, и больших перемещений подвижной неинерциальной СК относительно глобальной инерциальной СК. Особое внимание разработчики Medyna уделили моделированию взаимодействия в контакте колесо-рельс. Предлагаются квазилинейная и нелинейная модели контактных сил Калкера. Отметим успешный отечественный опыт использования Medyna: эту программу применял коллектив под руководством Ю.П. Бороненко для решения ряда прикладных задач, в том числе оценки динамических характеристик скоростного поезда «Сокол» [85].
Моделирование связей рессорного подвешивания и гасителя колебаний тележки модели 18-100
В модели платформы было принято новое состояние колес и рельс, занижение фрикционных клиньев составило 6 мм.
В качестве возмущающих функций были использованы наборы вертикальных и горизонтальных неровностей рельс поставляемые вместе с ПК Универсальный Механизм. Неровности были приняты согласно РД 32.68-96. Как показано на рисунке 2.16 полные имена файлов неровностей указывались соответственно для вертикальных неровностей левого рельса и правого рельса, горизонтальных неровностей левых и правых рельс. Тип пути - неровный. к top моделирования обь
Техническое состояние рельсовой колеи оценивалось по Инструкции № ЦП-515. В реализации применяемой в модели отступлений в содержании рельсовой колеи выше 3 степени обнаружено не было и основная доля неисправностей пути приходится на отступления 2 степени. Эти отступления в соответствии с Инструкцией характеризуются следующими величинами: по уровню - от 6 до 16 мм, по перекосам - от 8 до 16 мм., по просадкам рельсовых нитей от 8 до 12мм и по отступлениям в плане - от 10 до 15 мм. при длине неровности до 20 м и от 15 до 25 мм при длине - от 20 до 40 м, одно отступление - от 35 мм до 40 мм при длине более 20 м. Количественная характеристика этих отступлений следующая: отступление по уровню - 1, перекосов - 4, просадок - 3, отступлений в плане длиной до 20 м - 2 и длиной неровности от 20 до 40 м - 2. Всего 12 отступлений 2 степени и 1 отступление по уширению колеи 1 степени с величиной 6мм при норме ширины коле 1520 мм и одно отступление 3-ей степени. Качественная оценка состояния рельсовой колеи оценивается как удовлетворительное. Кроме геометрических неровностей при моделировании учитывались упруго - диссипативные свойства пути, показанные на рисунке 2.17. Их значения принимались согласно рекомендациям [78]. LmniH1"]" чадя—;
При задании условий моделирования необходимо было определить макрогеометрию пути на котором будет проводится расчет. Кроме прямого участка расчет производился и для кривых, параметры которых, указанные в таблице 2.2, нужно было внести в таблицу инспектора моделирования, показанную на рисунке 2.18. Интегратор Идентификаторы J Начальны условие WA { Информация I Инструменты I Пср«м«мныв объекте Колесо/Репье е Ы АЬ Путь ] ПРОФИЛИ) Контакті Фикт.вагоны Силы \ Неровности Ма рсг 0«три Жесткость Типпу f Прямая ff І&ші _ _Г SJCawa» U ИмбраженмяречгСовьмннтеА
Задание геометрических параметров кривых участков пути в инспекторе моделирования вагона в программном комплексе УМ Таблица 2.2 - Параметры макрогеометрии пути в кривых участках для моделирования движения платформы
Длинапрямогоучастка L,м Длина переходнойкривой Р11,Р12,м Длина кривой постоянного радиуса S1,M Радиускруговойчасти кривойR1,M Возвышениекруговойчасти кривойR1,M 30 50 400 350 0.115 30 50 400 650 0.130
Рассматривались следующие показатели: рамные силы, коэффициенты динамики по необрессоренным массам, вертикальные и горизонтальные ускорения в зоне пятника, прогибы рессорного подвешивания, оценка показателей устойчивости от вкатывания колеса на головку рельса в прямых участках пути. Вычислялись законы распределения этих величин и их максимально вероятные значения.
Максимальные показатели динамических качеств платформы модели 13-3124 рассчитанные при движении в прямых участках пути приведены в таблице 2.3 в соответствии с вариантами загрузки: платформа груженая порожними контейнерами (вариант 1),платформа загруженная гружеными контейнерами (варианты 2.1- по менее нагруженной тележке и 2.2 - по более нагруженной) и платформа с гружеными контейнерами во втором ярусе (вариант 3).
При моделировании движения колодцевой платформы порожний вариант не рассматривался, так как по параметрам (массе кузова и нагрузке от колесной пары на рельсы (нагрузке на ось)) он близок к варианту 1 (платформа груженая порожними контейнерами). Вариант 1 при моделировании был просчитан до скорости 100 км/ч включительно, так как свыше 100 км/ч фактически порожнюю платформу эксплуатировать не рекомендуется из-за возможного заклинивания фрикционного гасителя колебаний.
Показатели определялись как наибольшие (пиковые) значения реализаций динамических процессов; реализации вертикальных и горизонтальных ускорений рамы платформы в процессе обработки были отфильтрованы с частотой среза 10 Гц. Частота среза 10 Гц выбрана для того чтобы уверенно исключить удары и возможные срывы в рессорном комплекте.
Перечень показателей и их нормативные значения, контролируемые в процессе проведения моделирования движения платформы модели 13-3124 основаны на рекомендациях типовой методики испытаний подвижного состава по воздействию на путь ТМ 14-01-02.
Графики зависимостей наибольших полученных при моделировании величин показателей динамических качеств платформы от скорости движения в прямых участках пути представлены на рисунках 2.19-2.22.
Определение нагрузок действующих на крепления контейнера второго яруса
Второй и третий варианты загрузки платформы в эксперименте соответствовали первому и второму варианту загрузки платформы при моделировании.
Фактические параметры рессорного подвешивания тележек платформы модели 13-3124 определялись по результатам вертикальной тарировки путём трёхкратного повторения цикла «нагрузка-разгрузка» рессорных комплектов тележек при различных вариантах загрузки платформы. Нагрузка представляла собой собственный вес кузова в 1-ом варианте (порожняя платформа), собственный вес кузова с тремя порожними контейнерами (в 1-ом ярусе два 20- футовых, во 2-ом ярусе один 40-футовый) во 2-ом варианте и собственный вес кузова с тремя гружеными контейнерами (в 1-ом ярусе два 20-футовых, во 2-ом ярусе 101 один 40-футовый) в 3-ем варианте. Из-за разности масс контейнеров 1-го яруса нагрузка от кузова на тележки в 3-ем варианте загрузки распределялась неравномерно: различие составило 5,8 тс, таблица 4.4.
Показатели динамических качеств платформы модели 13-3124 при движении в прямых участках пути приведены в таблице 4.5 в соответствии с вариантами загрузки (таблица 4.4): порожняя (вариант 1) груженая порожними контейнерами (вариант 2), груженая гружеными контейнерами (варианты 3.1- по более нагруженной тележке и 3.2 - по менее нагруженной).
При порожних вариантах загрузки платформы максимальная скорость была 120 км/ч из-за превышения нормативов рамных сил и коэффициентов горизонтальной и вертикальной динамики. В соответствии с Типовой методикой испытаний по воздействию на путь показатели определялись как наибольшие (пиковые) значения реализаций динамических процессов полученных в эксперименте; реализации вертикальных и горизонтальных ускорений рамы платформы в процессе обработки были отфильтрованы с частотой среза 10 Гц. Экспериментальные и расчетные графики зависимостей наибольших величин показателей динамических качеств опытной платформы от скорости движения в прямых участках пути представлены на рисунках 4.1-4.5.
Экспериментальные значения при варианте загрузки 1 норматив для варианта 1 расчетные значения при варианте загрузки -Ф—Экспериментальные значения при варианте загрузки 2 -—норматив для варианта Рисунок 4.1 -Максимальные значения рамных сил платформы модели 13-3124 в порожнем состоянии и загруженной порожними контейнерами в зависимости от скорости движения 60 100 Скорость, км/ч
Экспериментальное значение для варианта загрузки 1 —Экспериментальное значение для варианта загрузки 2 Экспериментальное значение для варианта загрузки 3.1 —к—Экспериментальное значение для варианта загрузки 3. — Расчетное значение для варианта загрузки 2 —X— Расчетное значение для варианта загрузки 3.2 А— Расчетное значение для варианта загрузки 3.1 нормативное значение
Исходя из общего вида зависимостей, можно сделать заключение о том, что с ростом скорости все показатели динамики, полученные в эксперименте, так же как и расчетные, нарастали с разной степенью интенсивности.
При скоростях движения до 90 км/ч включительно ни один из зарегистрированных в эксперименте показателей при исследованных вариантах загрузки платформы не превышал допускаемых значений. При скоростях движения свыше 90 км/ч допускаемый уровень оказался превышенным по ряду показателей, в том числе по рамным силам (вариант 1: V= 100 км/ч и V=120 км/ч), коэффициентам горизонтальной динамики (вариант 1:V= 100 км/ч и V= 120 км/ч), вертикальным (варианты 3.1 и 3.2; V= 135 км/ч) и горизонтальным ускорениям рамы платформы в зоне пятника (варианты 1 и 2: V= 120 км/ч).
В целом общий уровень расчетных показателей рамных сил оказался ниже экспериментальных значений на всем диапазоне скоростей и при всех общих вариантах загрузки (варианты с порожними контейнерами 2 и вариант с несимметричной загрузкой 3.1 и 3.2). При варианте с порожними контейнерами расхождение было от 2 до 30 процентов, а при варианте с несимметричной загрузкой расчетный уровень оказался ниже от 16 до 50 процентов. Расчетный уровень горизонтальных ускорений при варианте загрузки 3.1 и 3.2 на всем диапазоне скоростей оказался близок к экспериментальному (5 — 32 процента), а при варианте загрузки порожними контейнерами (вариант 2), расчетный уровень оказался значительно выше экспериментального (30 - 55 процентов). Для вертикальных ускорений в диапазоне скоростей до 80 км/ч для вариантов 2 и 3.1 расчетный и экспериментальный уровень практически совпадали (3 - 25 процентов), но для варианта 3.2 расчетный уровень вертикальных ускорений оказался значительно ниже экспериментального (8 - 62 процентов). При увеличении скорости свыше 80 км/ч расчетный уровень значений вертикальных ускорений по варианту 2 значительно превысил экспериментальный (80 процентов). Расчетный уровень коэффициента запаса устойчивости на высоких скоростях движения оказался несколько выше экспериментального.
Экспериментальные зависимости показателей динамики порожней платформы от скорости движения близки по характеру к соответствующим зависимостям, полученным для порожних универсальных вагонов на тележках модели 18-100. Так при скоростях движения около 100 км/ч повысилась интенсивность извилистого движения колёсных пар. При этом увеличились рамные силы и соответствующие им коэффициенты горизонтальной динамики. При скоростях движения 100 - 120 км/ч наблюдалось превышение критериального значения коэффициентов горизонтальной динамики -0,38.
Характерные реализации рамных сил, зарегистрированных по набегающей колёсной паре порожней платформы при зарождении извилистого движения (100 км/ч) и при интенсивном извилистом движении (120 км/ч) показаны на рисунках 4.6 и 4.7. Частота основного тона колебаний виляния при интенсивном извилистом движении по набегающей колесной паре составила 1,95 Гц.
Описание экспериментального образца платформы модели 13-3124
Опытный образец платформы, загруженный по первому варианту, был включен в состав грузового поезда и находился в графиковом движении по Экспериментальному кольцу до 03.07.2007 г.
По результатам одного из плановых осмотров была выявлена трещина по сварному шву в зоне радиуса перехода от консольной к средней части боковой рамы платформы. Протяженность трещины составила 270 - 340 мм с наружной стороны и 150 мм - с внутренней. К этому времени платформа прошла 15749 км по Экспериментальному кольцу.
Для устранения трещин платформа была разгружена и поставлена в вагонный цех.
После ремонтных работ, по решению руководства института, платформа была вновь загружена и включена в состав грузового поезда для продолжения ресурсных испытаний. После пробега по кольцу 42741 км из-за повторного появления трещин в тех же местах и новых в несущей балке, испытания были остановлены. Таким образом, общий пробег по кольцу составил 58 490 км, что в переводе на общесетевой — 175 000 км из необходимых 500 000 км. По условиям безопасности движения опытный образец платформы был снят с испытаний.
По результатам работы над платформой модели 13-3124 для перевозки крупнотоннажных контейнеров в два яруса была собрана комиссия ОАО «РЖД», которая установила, что будущее использование результатов работы для производственных нужд ОАО «РЖД» приведет к получению экономических выгод ОАО «РЖД» (приложение 1). Результаты работы признаны положительными.
Для решения проблемы прочности и долговечности платформы были сделаны следующие предложения: 1 усилить существующие швы; доработать конструкцию платформы - сделать более пологий радиус перехода, но без увеличения базы платформы.
1 Результат эксперимента на скоростном полигоне подтвердил данные полученные при помощи математической модели, на основе которых был проведен прочностной расчет креплений контейнеров на платформе.
2 Испытания показали, что при движении в прямых участках пути со скоростями до 90 км/ч включительно ни один из динамических показателей при исследованных вариантах загрузки не превышал допускаемых значений.
3 Результаты экспериментальных исследований показали что платформа обладает необходимым запасом поперечной устойчивости от опрокидывания при движении в кривых участках пути со скоростями соответствующими непогашенным ускорениям ±0,3 м/с .
4 Скорости движения платформы груженой контейнерами (порожними или загруженными) в кривых участках пути лимитируются повышенным уровнем горизонтальных ускорений рамы платформы, рамных сил, коэффициентов вертикальной динамики и не должны превышать скоростей, соответствующим непогашенным ускорениям 0,3 м/с2.
5 Динамические показатели, полученные при моделировании, оказались ниже показателей, полученных в эксперименте, в среднем, на 30-35 (иногда до 80 — 90) процентов по причине отличия неровностей рельс в эксперименте и при моделировании.
6 Эксплуатационные испытания доказали жизнеспособность технологии перевозки контейнеров с погрузкой в два яруса по действующим линиям в режиме обычной эксплуатации.
7 Ресурсные испытания показали недостаточную прочность конструкции, а также необходимость доработки и усиления несущих элементов и ответственных сварных швов, однако комиссия ОАО «РЖД» установила, что будущее использование результатов работы для производственных нужд ОАО «РЖД» приведет к получению экономических выгод ОАО «РЖД».
В связи с тем, что ввод в эксплуатацию новой технологии перевозки контейнеров в два яруса требует временных затрат и все более обостряющейся конкуренцией с морским транспортом в диссертационной работе рассмотрен другой путь повышения эффективности контейнерных железнодорожных перевозок.
Для определения допустимых маршрутных скоростей движения для поезда, состоящего из однотипных вагонов, была предложена следующая методика. Суть методики состоит в том, что проводятся измерения динамики на случайно выбранном подвижном составе при его проходе по не подготовленному сверх требований по инструкции ЦП-774 эксплуатируемому пути, причем желательно в самое неблагоприятное время года. В ходе поездки оцениваются показатели динамики и безопасности подвижного состава, а в результате выдаются рекомендации для маршрутной скорости на участках следования поезда или по ремонтам пути. Проверка жизнеспособности методики была проведена при участии автора диссертации.
Согласно распоряжению ОАО «РЖД» был утвержден план-график разработки «Программы действий по развитию железнодорожных контейнерных перевозок с использованием Транссибирской магистрали на период до 2030 года», предусматривающей увеличение маршрутной скорости контейнерного поезда на маршруте Находка Вост. - Хабаровск
Уруша - Карымская - Улан-Удэ - Слюдянка - Красноярск - Инская Московка - Дружинине Красноуфимск - Вековка - Перово (Москва) с 910 км/сутки (37,9 км/ч) до 1400 км/сутки (58,3 км/ч). Реализация такой маршрутной скорости возможна только при повышении скорости движения контейнерного поезда с гружеными платформами на тележках модели 18-100 до 90 км/ч. Для достижения указанной скорости необходимо было оценить динамические качества и показатели воздействия на путь груженых контейнерных платформ на тележках модели 18-100 при движении поезда со скоростями до 90 км/ч по пути, содержащемся в соответствии с требованиями Инструкции ЦП-774 [103] для скоростей движения грузовых поездов 61-80 км/ч, а также определение мест, лимитирующих пропуск ускоренных контейнерных поездов с маршрутной скоростью 1400 км/сутки.
Перечень показателей безопасности движения, контролируемых в процессе ускоренного движения контейнерного поезда по маршруту Находка - Москва на фитинговых платформах были определены в соответствии с Типовой методикой испытаний по воздействию на путь ТМ 14-01-02.
Показатели, непосредственно регистрируемые в процессе проведения испытаний, а также расчетные показатели и их критериальные (допускаемые) значения были приняты как для грузовых вагонов общесетевого обращения по совокупности нормативных Документов [95, 96, 97] и приведены в таблице 5.1.
