Содержание к диссертации
Введение
1. Краткий анализ современного состояния и направлений развития вагонного парка в условиях рыночной экономики, постановка задач исследования 11
1.1. Ситуационный анализ направлений развития вагонного парка в условиях рыночной экономики 11
1.2. Постановка задач исследования 17
2. Анализ конструктивного построения базовых частей вагонов и разработка алгоритма управления индивидуальным ресурсом подвижного состава в эксплуатации 20
2.1. Конструктивные схемы платформ 22
2.2. Конструктивные схемы полувагонов 26
2.3. Конструктивные схемы крытых вагонов 32
2.4. Конструктивные схемы резервуарных вагонов 36
2.5. Конструктивные схемы изотермических вагонов 41
2.6. Конструктивные схемы пассажирских вагонов 44
2.7. Алгоритм управления индивидуальным ресурсом подвижного состава 49
Выводы по разделу 2 52
3. Разработка ЮС-метода управления индивидуальным ресурсом вагона в эксплуатации 54
3.1. Структура РЭС-метода управления индивидуальным ресурсом вагона 58
3.2. Формирование системы мониторинга вагонов в транспортной компании на базе АСУ ВП 59
3.3. Методика диагностирования технического состояния базовых частей вагонов 73
3.4. Алгоритм функционирования управляющей системы РЭС-метода 82
3.5. Методика расчета статической нагруженности металлоконструкций кузовов и рам вагонов 85
3.6. Методика расчета динамической нагруженности металлоконструкций кузовов и рам вагонов 94
3.7. Проверка устойчивости оболочки котла цистерны от внешнего давления 110
3.8. Варианты увеличения ресурсных возможностей вагонов и методика выбора рациональных решений 112
3.9. Оценка обновленных характеристик вагона после проведения ремонтных воздействий и прогнозирование его срока службы 118
Выводы по разделу 3 138
4. Исследование по управлению индивидуальным ресурсом вагонов-цистерн . 139
4.1. Методика проведения технического обследования вагонов-цистерн... 142
4.2. Анализ технического состояния вагонов-цистерн в эксплуатации 154
4.3. Оценка прочности и устойчивости котла цистерны после проведения КИТ 157
4.4. Оценка прочности и устойчивости котлов, усиленных шпангоутами ... 169
4.5. Экспериментальные исследования котлов цистерн, прошедших КРП... 172
Выводы по разделу 4 182
5. Исследование индивидуального ресурса вагонов при перевозке горячих грузов 184
5.1. Методика вырезки заготовок под образцы для определения характеристик металла котла цистерны после длительных температурных воздействий 187
5.2. Определение характеристик прочности и пластичности металла котла цистерны 189
5.3. Оценка ударной вязкости и критической температуры хрупкости металла котла цистерны 191
5.4. Металлографические исследования микроструктурных изменений металла котла цистерны от действия высоких температур перевозимого груза 195
5.5. Исследование коррозионного воздействия перевозимого груза (пека) на металл котла цистерны 198
5.6. Расчет сопротивления разрушению металла котла и сварных швов 200
5.7. Оценка усталостной прочности металла котла 203
5.8. Расчет НДС котла цистерны от действия температуры горячего пека.. 205
5.9. Обоснование возможности продления срока службы цистерны для перевозки пека 206
Выводы по разделу 5 208
6. Исследование влияния вибраций элементов базовых частей вагонов на работоспособность навесного оборудования 210
6.1. Разработка расчетной схемы для исследования динамической нагруженности элементов оборудования цистерн 211
6.2. Исследование динамической нагруженности элементов котлового оборудования четырехосной цистерны 215
6.3. Обоснование и выбор конструктивных форм и способов крепления элементов оборудования котлов цистерн 218
6.4. Экспериментальные исследования динамической нагруженности элементов котлового оборудования четырехосной цистерны для перевозки нефтепродуктов 221
Выводы по разделу 6 225
7. Модификация цистерны-цементовоза в цистерну для перевозки светлых нефтепродуктов 227
7.1. Изменение конструктивной схемы цистерны-цементовоза при ее модификации 227
7.2. Расчет прочности и устойчивости котла модифицированной цистерны 227
7.3. Испытание модифицированной цистерны на статическую прочность.. 235
7.4. Испытания модифицированной цистерны на ударную прочность 240
Выводы по разделу 7 242
8. Обоснование продления срока службы вагонов-платформ 243
8.1. Общая характеристика вагона-контейнера ТК-8 243
8.2. Исследование механических и металлографических характеристик металла рамы вагона-контейнера ТК-8 246
8.3. Оценка напряженно-деформированного состояния рамы вагона- контейнера ТК-8 249
8.4. Модернизация и модификация вагонов-платформ 256
Выводы по разделу 8 272
9. Анализ индивидуального ресурса вагона-хоппера модели 11-715 273
9.1. Обследование технического состояния вагонов-хопперов модели 11-
9.2. Расчет прочностных характеристик рамы вагона-хоппера 274
9.3. Расчет усталостной прочности рамы вагона-хоппера 280
Выводы по разделу 9 286
10. Исследование ресурсных возможностей кузовов и рам полувагонов 287
10.1. Обследование технического состояния полувагонов 287
10.2. Расчет прочностных характеристик кузова полувагона 289
10.3. Оценка сопротивления усталости рамы полувагона 295
Выводы по разделу 10 299
11. Исследование по продлению срока полезного использования вагонов метрополитена 300
11.1. Обследование технического состояния вагонов метрополитена 300
11.2. Расчет прочностных характеристик рамы вагона серии Е при различном состоянии ее элементов 305
11.3. Ходовые динамические испытания вагонов метрополитена серии Е 312
Выводы по разделу 11 Jk 317
Заключение f 319
Список использованных источников 323
Приложения 347
- Методика диагностирования технического состояния базовых частей вагонов
- Оценка прочности и устойчивости котлов, усиленных шпангоутами
- Исследование динамической нагруженности элементов котлового оборудования четырехосной цистерны
- Исследование механических и металлографических характеристик металла рамы вагона-контейнера ТК-8
Введение к работе
При проведении реформы железнодорожного транспорта Российской Федерации главное внимание уделяется решению следующих стратегических задач: повышение устойчивости работы транспорта, его доступности, безопасности и качества предоставляемых им услуг; разделение функций и дальнейшее развитие конкуренции в сфере перевозок грузов и ремонта подвижного состава; равноправное обеспечение доступа к инфраструктуре федерального железнодорожного транспорта независимых компаний — операторов и других пользователей подвижного состава.
Создаются условия для самостоятельного функционирования транспортных подсистем путем организации рынка транспортных услуг, как составляющей единой рыночной системы страны. Переход на новые формы хозяйствования и собственности приводит к конкуренции на рынке транспортных услуг, причем доминирующим фактором становится покупатель этих услуг. В связи с этим, транспортные компании должны существенным образом перестроить стратегию предоставления транспортных услуг, повысить их качество и снизить себестоимость. Непостоянность и непредсказуемость рыночного спроса делает нецелесообразным создание больших потенциальных провозных возможностей однотипного подвижного состава. В то же время, транспортное предприятие не имеет права упустить ни одного заказа. Отсюда становится актуальной задача организации гибких и надежных провозных возможностей транспортной компании, способных быстро отреагировать производством на возникший спрос. Решение этой проблемы в условиях конкуренции наиболее эффективно достигается не экстенсивными мерами, а логистической организацией производства транспортных услуг при наиболее полном использовании индивидуального ресурса подвижного состава.
При выполнении этих фундаментальных требований транспортного рынка компании-перевозчики, обладая сравнительно небольшим количеством и типажом вагонного парка, должны освоить методы проведения быстрой и недорогой модернизации, реконструкции и модификации вагонов, что позволит рационально удовлетворять запросы потребителей на перевозку грузов различных видов, партионности и упаковки. Таким образом, проблема управления индивидуальным ресурсом вагонов становится чрезвычайно актуальной и вытекающей из стратегических задач проводимой реформы железнодорожного транспорта.
Решение этой проблемы должно проводиться на основе комплексного исследования структурных и функциональных связей транспортно-логистических цепочек, с учетом воздействия внешнего окружения и требований потребителя-заказчика перевозок.
Созданию новых и совершенствованию существующих вагонов посвящены монографии и научные труды многих ученых ВНИИЖТа, ГосНИИВа, МГУПСа, ПГУПСа и ряда других научных и производственных коллективов. Однако эти исследования в основном были направлены на выбор конструктивных схем, оптимальных параметров и повышение надежности вагонов. Значительно меньшее внимание уделялось разработке теории и способов управления индивидуальным ресурсом вагонов как при проектировании, так и в эксплуатации. В то же время, управление индивидуальным ресурсом вагонов позволяет приспосабливать их к рыночным условиям функционирования, предупреждать возможные отказы и непредвиденные возникновения предельных состояний, рациональнее планировать режимы эксплуатации, профилактические мероприятия и т.п.
Цель работы состояла в разработке метода управления индивидуальным ресурсом вагона в эксплуатации и решении, на его основе, ряда важных задач для железнодорожного транспорта по проведению рациональной модернизации, реконструкции и модификации основных востребованных типов вагонов, с продлением сроков их полезного использования. Реализация поставленной цели вносит существенный вклад в теорию и практику эксплуатации подвижного состава и способствует ускорению научно-технического прогресса на железнодорожном транспорте.
Научная новизна исследований заключается в следующем.
1. Разработан расчетно - экспортно - статистический (РЭС) метод управления индивидуальным ресурсом вагона в эксплуатации с учетом информации ретроспекции, диагноза и проспекции.
2. Сформирована Автоматизационная Система Управления вагонным парком (АСУ ВП) транспортных компаний, позволяющая формировать, накапливать, обобщать и хранить информацию по расходованию индивидуального технического ресурса базовых частей вагонов.
3. Разработан и апробирован комплекс методик по диагностированию технического состояния основных несущих частей вагонов, расчету статической и динамической нагруженности, оценке обновленных характеристик экипажей, после проведения восстановительных операций, и прогнозированию срока их дальнейшего полезного использования, после истечения нормативного срока службы.
4. Установлены особенности управления индивидуальным ресурсом различных типов вагонов с учетом специфики перевозимых грузов и условий эксплуатации.
5. Проанализированы зависимости прочности, устойчивости, сопротивления разрушению, усталостной прочности базовых металлоконструкций различных типов вагонов и уточнены способы прогнозирования их остаточного ресурса, с учетом реальных условий эксплуатации подвижного состава.
6. Разработаны способы управления индивидуальным ресурсом вагонов в эксплуатации путем модернизации, реконструкции, модификации и обоснованной пролонгации срока их полезного использования.
Практическая значимость работы. Результаты проведенных исследований использованы при разработке Федеральной программы «Разработка и производство в России грузового подвижного состава нового поколения» (2000 г.) и руководящих материалов: «Единые методические указания по техническому диагностированию грузовых и рефрижераторных вагонов государств-участников Соглашений о совместном использовании грузовых и рефрижераторных вагонов в международном сообщении» (16.01.2003) и «Общих технических условий по определению остаточного ресурса грузового вагона, выработавшего срок службы» (ТУ 3182-009-44297774-99, МПС РФ, 1999 г.). Программы и методики технического диагностирования грузовых и рефрижераторных вагонов утверждены Департаментом вагонного хозяйства МПС России и приняты Комиссией Совета полномочных специалистов вагонного хозяйства стран СНГ, Латвии, Литвы и Эстонии в качестве рабочих на территории этих стран. На основе исследований, проведенных в данной работе, и созданных программных продуктов выполняется мониторинг технического состояния парка грузовых вагонов ряда промышленных предприятий — ОАО «Химпром, ОАО «Кировочепецкий химический комбинат» и др. Практическое использование разработанного РЭС метода управления индивидуальным ресурсом вагонов в эксплуатации позволило провести модернизацию, реконструкцию и модификацию с продлением срока полезного использования подвижного состава следующих организаций и фирм: ОАО «Химпром» г. Волгоград; АО «Акрон» г. Великий Новгород; АО «Нитроферт» г. Кохтла-Ярве, Эстония; ОАО «Куйбышевазот» г. Тольятти; ООО «М. Синтез-Бизнес» г. Тбилиси, Грузия; ОАО «Красноярский алюминиевый завод»; ОАО «Иркутский алюминиевый завод», ОАО «Экогазсервис» г. С.-Петербург; ГАЖК «Узбекистан темир йуллари» г. Ташкент, Узбекистан; Белорусская железная дорога г. Минск, Белоруссия; ГПО «Азот» г. Гродно, Белоруссия; ООО «Межтранс-1» г. Москва; «Рейлкрафт»; Акмолинский вагоноремонтный завод, г. Астана, Казахстан; Октябрьская железная дорога -филиал ОАО «РЖД», г. С.-Петербург. Результаты работы использованы при создании программ и методик технического диагностирования с целью оценки остаточного ресурса и продления сроков службы метровагонов в электродепо "Северное", "Автово" "Невское" Санкт-Петербургского метрополитена. Проведены работы по продлению сроков службы грузовых и рефрижераторных вагонов (более 3000 единиц) как собственности железнодорожных администраций Белоруссии, Казахстана, Узбекистана, Латвии и Эстонии, так и собственности промышленных предприятий и компаний - операторов (более 40) практически всех стран СНГ, Латвии, Литвы и Эстонии.
Отдельные положения и результаты работы используются при проведении научных исследований, выполнении дипломных работ, бакалаврских и магистерских диссертаций на кафедре «Вагоны и вагонное хозяйство» ПГУПС.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на 6, 7, 8, 9 и Международных конференциях «Проблемы механики железнодорожного транспорта», Днепропетровск, ДИИТ, 1984, 1988, 1992, 1996, 2000 гг.; на 1, 2 и 3 Международных научно-технических конференциях «Подвижной состав XXI века (идеи, требования, проекты)», С.-Петербург, ПГУПС, НВЦ «Вагоны», 1999, 2001, 2003 гг.; на Межвузовской научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта», Москва, ВЗИИТ, 1991 г.; на научно-практической конференции ЛИИЖТА, Октябрьской железной дороги и Ленметрополитена, Ленинград, ЛИИЖТ, 1989 г.; на Всесоюзной научно-технической конференции «Методы и средства диагностирования технических средств железнодорожного транспорта, Омск, 1989 г.; на Межвузовской научно-технической конференции «Повышение надежности и совершенствование технического обслуживания вагонов», Свердловск, 1984 г.; конференции «Computer Simulation of Rail Vehicle Dynamics», Манчестер, MMU, 1996 г.; на 15-ой конференции «ADAMS European User Conference», Рим, 2000 г.; на научно-технических советах ВНИИВа, кафедр «Вагоны и вагонное хозяйство» МГУПС, 2004 г. и ПГУПС, 2004 г.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в одной монографии и 29 печатных научных трудах.
Структура и объем работы. Диссертация включает в себя введение, одиннадцать глав, заключение и приложения. Изложена на .... страницах машинописного текста. Список использованных источников насчитывает 281 наименование
Методика диагностирования технического состояния базовых частей вагонов
Анализ тенденций развития вагонного парка железных дорог показывает, что совершенствование вагонов и методов их эксплуатации происходит в направлении улучшения транспортного обслуживания потребителей, обеспечения безопасности движения, создания условий для ускорения процессов погрузки и выгрузки, повышения сохранности перевозимого груза, надежности и ремонтопригодности подвижного состава. Решение этих проблем проводится на основе глубоких научных исследований и обобщения опыта многолетней эксплуатации подвижного состава в различных климатических условиях Российской Федерации, других стран СНГ, Латвии, Литвы и Эстонии. Большой вклад в развитие отечественного вагоностроения и вагонного хозяйства внесли научные труды следующих ученых: Г.П. Виноградова, М.В. Винокурова, Г.П. Гладовского, В.И. Дмитриева, М.А. Короткевича, В.Н. Котуранова, Б.Г. Кеглина, В.В. Лукина, В.П. Лозбинева, М.М. Машнёва, Е.В. Михальцева, Е.Н. Никольского, В.В. Повороженко, Л.А. Шадура, А.А. Хохлова, В.М. Богданова, А.А. Битюцкого, Т.В. Елисеевой, Г.И. Игнатенкова, Л.А. Когана, Л.Д. Кузьмича, B.C. Лысюка, A.M. Макарсн кина, В.Н. Орлова, Е.Д. Ханукова, Ю.А. Хапилова, В.В. Чиркина, А.С. Чудова, Н.А. Чуркова, Ф.Г. Гохмана, И.Л. Хасмана и др. [14, 15,21-24,35,90,96-98].
Теоретические основы динамики подвижного состава, методики выбора оптимальных параметров ходовых частей вагонов и их динамической нагруженности заложены в работах: П.С. Анисимова, Е.П. Блохина, М.Ф. Вериго, СВ. Вершинского, М.В. Винокурова, В.И. Варавы, A.M. Годыцкого-Цвирко, Л.О. Грачёвой, В.Н. Данилова, В.Д. Дановича, Ю.В. Дёмина, А.А. Долматова, Е.П. Дудкина, О.П. Ершкова, И.П. Исаева, Л.А. Кальницкого, А.А. Камаева, В.А. Камаева, Н.А. Ковалёва, К.П. Ковалева, Н.Н. Кудрявцева, СМ. Куценко, М.Л. Коротенко, А.Я. Когана, Ю.Л. Кофмана, Л.Д. Кузьмича, Н.А. Костенко, В.А. Лазаряна, А.А. Львова, Л.А. Манашкина, В.Б. Меделя, Л.Н. Никольского, Н.А. Панькина, М.Н. Пахомова, Г.И. Петрова, А.А. Попова, Ю.С. Ромена, А.Н. Савоськина, А.В. Смольянинова, М.М. Соколова, Т.А. Тибилова, В.Ф. Ушкалова, В.Д. Хусидова, И.И. Челнокова, Ю.М. Черкащина, В.Ф. Яковлева, Л.И. Бартеневой, Г.П. Бурчака, ОТ. Бойчевского, А.Б. Сурвило, А.Д. Кочнова и др. [5, 6, 41-43, 60, 61, 84, 85, 95, 99, 104, 110,234,235].
Работы по совершенствованию конструкций подвижного состава и методов их обслуживания проводятся во ВНИИЖТе, МГУПСе, ГосНИИВе, ПГУПСе и в ряде других университетов, академий, научных и производственных объединениях [3, 35, 36, 69, 83, 90, 99, 139, 143, 152, 172,177, 207, 248, 259].
Среди отечественных исследователей, занимающихся системными исследованиями, следует отметить М.Ф. Веденова, О.Я. Гельмана, B.C. Мо-лодцова, А.И. Уёмова, В.Н. Садовского, И.В. Блауберга, В.В. Болотина, Э.Г. Юдина и др. [30, 63, 64, 66, 77, 242, 243,246].
Вопросам моделирования элементов систем и разработке аналитического аппарата системологии посвящены работы С.А. Саркисянса, В.М. Акундова, Э.С. Минаева, Н.П. Бусленко, Б.В. Гнеденко, ЯЗ. Цыпкина и многих других [7, 45, 59,156,159,231, 262, 263].
Основы системного подхода к проектированию подвижного состава заложены в трудах Л.А. Шадура, В.В. Лукина, В.Н. Котуранова, Б.М. Карпова, В.П. Медведева, В.И. Кирилова и др. [35, 96, 97, 98]. В этих и многих других работах исследуются зависимости основных технике - экономических параметров вагонов от перспективного грузооборота, целесообразных линейных размеров и габаритных возможностей, специализации эксплуатационного парка и условий осуществления погрузочно - разгрузочных операций, особенностей организации транспортного процесса и уровня эксплуатационной нагруженности и других факторов [8, 55, 128-132, 149, 158, 175, 179, 181, 188-203, 206, 222-261].
Разработка методического обеспечения на ранних стадиях проектирования вагонов освещена в исследованиях В.П. Лозбинева [106, 107]. В этих работах, на основе метода параметрической оптимизации, определяются характеристики несущих элементов кузовов и рам вагонов.
Совершенствованию методического обеспечения автоматизированного проектирования, расчета и испытания вагонов посвящены работы [11, 15, 22, 23, 24, 26, 31, 32]. На базе информационной модели был разработан общий алгоритм проектирования, позволяющий автоматизировать процесс создания или модернизации кузовов вагонов [202, 213, 215, 253, 255, 265—272].
Созданию методического обеспечения проектирования и испытания котлов железнодорожных цистерн, элементов ударно-тяговых устройств, деталей ходовых частей и тормозов посвящены работы В.М. Бубнова, В. Н. Котуранова, В.А. Камаева, Б.Г. Кеглина, М.Б. Кельриха, Л.А. Манашкина, А.Н. Савоськина, В.Д. Хусидова и др. [25, 69, 85, 90, ПО, 192, 193, 245, 252]. В этих работах рассматриваются конкретные задачи выбора параметров отдельных узлов вагона на различных стадиях проектирования и модернизации.
Большой вклад в повышение показателей качества транспортного металла и разработку технологий изготовления, обслуживания и ремонта железнодорожной техники внесли отечественные ученые в области материаловедения Н.П. Шапов, А.И. Скаков, Р.С. Николаев, Н.А. Буше, Л.М. Школьник, Т.В. Ларин и др.
В разработку материалов и технологий, обеспечивающих высокую коррозионную стойкость и защиту от коррозии железнодорожной техники, внесли вклад С.Г. Веденкин, B.C. Синявский, С.А. Гладыревский, С.Н. Казарновский, B.C. Артамонов и др. Учеными — коррозионистами ВНИИЖТа были заложены основы экспериментального подхода к разработке конструкционных материалов и средств защиты от коррозии железнодорожного транспорта [13, 92, 93, 258, 260].
Анализ перечисленных научных исследований и другой технической информации позволил установить, что основное внимание при совершенствовании вагонов и методов их эксплуатации уделялось решению следующих проблем: разработке типоразмерных рядов с оценкой перспективных технико-экономических параметров; исследованию нагруженности и выбору рациональных конструктивных схем; разработке и внедрению специализированных облегченных несущих металлоконструкций кузовов и рам; унификации элементов и узлов с использованием наиболее оправдавших в эксплуатации конструкций; технологической отработке отдельных элементов и систем погрузки — выгрузки; выбору материалов и систем антикоррозийной защиты как кузовов, так и других подсистем вагонов; повышению надежности, ремонтопригодности и совершенствованию систем технического обслуживания подвижного состава.
Значительно меньшее внимание уделялось разработке теории и способов управления индивидуальным ресурсом вагонов как при их проектировании, так и в эксплуатации [225, 228, 229].
Оценка прочности и устойчивости котлов, усиленных шпангоутами
В последние годы начали применяться цистерны с котлом сложной формы (схема Б). Объем таких котлов значительно (до 20%) больше котлов по схеме А из-за рационального использования межтележечного пространства. Однако в этой схеме возникают сложные проблемы по обеспечению равной прочности элементов котла, трудности с размещением тормозного оборудования и усложняется технология изготовления.
Цистерны для перевозки молока и некоторых пищевых грузов обычно выполняются по схеме В. Котел разделяется непроницаемыми перегородками на два - три отсека, которые снабжаются индивидуальными устройствами погрузки-выгрузки грузов, промывки резервуаров и контроля состояния груза.
Для перевозки сыпучих и пылевидных грузов получили некоторое распространение цистерны, выполненные с двумя наклонными резервуарами (схема Г). Наклонное расположение резервуаров улучшает процесс выгрузки сыпучих грузов, однако при этом нерационально используется возможный объем кузова вагона.
Резервуарный вагон, выполненный по схеме Д, представляет собой платформу на которой закреплены 4 малых цилиндрических котла. Вагон используется для перевозки различных несовместимых грузов.
Для перевозки сжатых и сжиженных газов нашли применение вагоны с несколькими цилиндрическими резервуарами, закрепленными на платформе (схема Е). В торцевых частях резервуаров имеются предохранительные устройства и арматура, обеспечивающая автоматизацию процессов погрузки и выгрузки грузов.
Схема Ж характерна резервуарным вагонам для перевозки пылевидных грузов. Каждый резервуар грушевидной формы снабжен системой пневмовыгрузки.
Резервуарный вагон, выполненный по схеме 3, предназначен в основном для перевозки высоковязких грузов. При выгрузке бункера поворачиваются (указано стрелкой), что при соответствующем подогреве позволяет почти полностью выгружать даже очень вязкие грузы. Такие вагоны получили название бункерных полувагонов.
Оригинальная конструкция цистерны приведена на схеме И. Кузов цистерны состоит из трех частей: основного цилиндрического котла и двух баков сложной формы, навешиваемых на его среднюю часть. В цистерне одновременно можно перевозить три разных жидких груза. Из-за сложности конструкции и сравнительно большой тары такие цистерны не получили широкого распространения.
Особенностью схемы К является наличие подъемного устройства, обеспечивающего подъем котла при выгрузке пылевидного груза.
В схеме Л кузов резервуарного вагона для перевозки цемента состоит из соединенных секций-бункеров, оборудованных пневморазгрузочными устройствами.
Для транспортировки массовых навалочных грузов в смешанном железнодорожно-водном сообщении используются специальные вагоны с кузовами-амфибиями (схема М). Кузов представляет собой герметичный резервуар, шарнирно соединяющийся с ходовыми частями. Для погрузки кузов отделяется от ходовых частей и, как контейнер-баржа, сплавляется по водным каналам к месту погрузки. Затем на пристани он вытягивается на причал лебедкой по наклонной плоскости, при помощи гидродомкратов устанавливается на тележки и по железной дороге транспортируется на выгрузочные эстакады.
Поиски наиболее рациональных форм резервуарных вагонов и способов приспособления их к различным условиям эксплуатации привели вагоностроителей к созданию резервуаров сложной формы (схема Н), а также секционных котлов (схема О). В зависимости от объема отправок жидких грузов котел цистерны может состоять из пяти, четырех или трех секций. Секции соединяются между собой специальным замковым устройством, позволяющим достаточно быстро производить изменение объема котла.
Рассмотренное многообразие конструктивных схем резервуарных вагонов ярко подчеркивает их большие возможности по рационализации процессов погрузки-выгрузки различных грузов и, следовательно, большие перспективы этого вида подвижного состава. Специфические особенности перевозимых грузов влияют не только на форму резервуаров, но и на оснащение их различными устройствами. Так для перевозки вязких или застывающих грузов резервуары снабжаются теплоизоляцией или паровой рубашкой или и тем, и другим. Для перевозки каменноугольной смолы используются цистерны с котлами, оборудованными специальной разогревающей груз системой.
Для предохранения котла от нагрева солнечными лучами применяют теневую защиту. Такими защитными экранами оборудовано большинство цистерн для перевозки сжиженных газов.
Автоматизация выгрузки сыпучих и пылевидных грузов достигается путем использования аэролотков или мягких подвижных диафрагм.
Для обеспечения перевозки различных химических и пищевых грузов стенки резервуаров часто изготовляются многослойными. В качестве внутренних защитных покрытий резервуаров используются различные материалы: алюминий, нержавеющая сталь, стекловолокно, резина и т.п.
Подытоживая обзор схем резервуарных вагонов отметим, что все схемы не лишены недостатков и предстоит решить еще ряд сложных инженерных задач в направлении обеспечения полного слива, а также механизации и автоматизации ряда вспомогательных операций, выполняемых в настоящее время вручную - разработать устройства дистанционного открывания и закрывания люков, установки наливных рукавов, дозирования загрузки, открытия и закрытия выгрузочной аппаратуры, удаления остатков груза и очистки цистерн.
У большинства экипажей этого типа имеется две и более основных базовых частей - рама и резервуары. У некоторых вагонов безрамной конструкции резервуар и полурамы представляют одну неразъемную металлоконструкцию.
Исследование динамической нагруженности элементов котлового оборудования четырехосной цистерны
У первого типа кузовов восприятие нагрузок и передача их на ходовые части осуществляется несущими боковыми стенами и рамой, конструктивно представляющими одно целое. Кузов такой конструкции достаточно жесткий и прочный. Кузова второго типа являются цельнонесущими конструкциями, у которых нагрузки воспринимаются большим числом элементов кузова, боковыми стенами и крышей, жестко связанными между собой. Кузова современных вагонов метрополитена выполняются металлическими, цельносварными из штампованных и гнутых профилей с обшивкой из стального или алюминиевого листа.
Рама состоит из боковых поясов 3, составляющих вместе с концевыми частями 1 замкнутый контур, набора поперечных балок 2, расположенных между каждой шкворневой балкой 4 и концевой частью для восприятия усилий от автосцепки. Между шкворневыми балками вместо хребтовой балки 5 по всей длине кузова располагается стальной настил пола, выполненный из гнутого гофрированного профиля. Боковые пояса рамы представляют собой гнутый швеллер и изготавливаются из отдельных частей (балок), которые свариваются встык. В боковых поясах предусматриваются овальные отверстия для приварки наружной обшивки стен кузова. Поперечные балки также изготавливаются из гнутого швеллера и снабжаются отверстиями для монтажа трубопроводов и раскладки кондуитов. Шкворневые балки рамы свариваются из листовой стали, а хребтовые балки из гнутого швеллера. Для крепления оборудования на раме устанавливаются специальные кронштейны и дополнительные балки, изготовленные из различных профилей. Боковые стены кузова вагона обычно собираются из вертикальных стоек, подоконных балок, верхнего пояса и обшивочных листов. Для увеличения продольной жесткости и уменьшения коробления обшивки при сварке в подоконных и надоконных частях по всей длине кузова вагона выполняются гофры. Лобовая часть кузова выполняется в виде штампосварной конструкции и приваривается к раме через вертикальные ребра. Концевую часть кузова собирают из вертикальных стоек, надоконного пояса и обшивочных листов. Крыша кузова выполняется из специальных дуг и обшивки и приваривается к верхним боковым поясам кузова.
Анализ конструктивных схем вагонов метрополитена позволил установить, что основными базовыми частями этих вагонов являются цельнометаллические несущие кузова и рамы. Они могут быть отнесены к первой группе узлов вагона, которые должны служить до достижения предельного состояния вагона. При оценке индивидуального остаточного ресурса вагона метрополитена информация ретроспекции и диагноза является основной для принятия решения о дальнейшем его рациональном использовании при достижении нормативного срока службы.
Как указывалось выше, основным показателем, характеризующим жизненный цикл той или иной системы, является степень использования ее общего ресурса - остаточный ресурс. Как правило, ресурс вагона и той или иной его системы исчисляется многими десятилетиями, в течение которых претерпевают существенные изменения теоретические, инженерные и машиностроительные концепции, производственно-транспортное потребление, ужесточаются экологические требования, изменяются подходы в социальной политике и охране труда. Так опыт эксплуатации грузовых вагонов выявил, что продукты, перевозимые в них, часто взаимодействуя с окружающей средой, вызывают ее загрязнение. Контакт с окружающей средой в процессе перевозки происходит из-за течи или выброса части продукта. При сливе и наливе продукта, последний контактирует с атмосферой через испарения, химические реакции с кислородом воздуха и т.п.
Чтобы исключить или существенно снизить вредное воздействие на окружающую среду необходимо постоянно совершенствовать конструкции вагонов, технологические процессы погрузо-выгрузочных операций, технического обслуживания и ремонта, а так же проводить их модификацию и модернизацию. Требования к модернизации и модификации и формируемые на их основе условия эксплуатации вагонов должны учитывать особенности перевозимого груза, технологического процесса погрузки-выгрузки предприятий поставщиков и получателей груза, факторы окружающей среды, а также конструктивные и функциональные возможности вагонов в течении всего срока их службы.
В тоже время, непостоянство и непредсказуемость рыночного спроса делает часто нецелесообразным создание больших потенциальных провозных возможностей однотипного подвижного состава. Отсюда становится актуальной задача организации гибких и надежных провозных возможностей транспортных компаний, способных быстро отреагировать производством на возникший спрос транспортных услуг. Решение этой задачи, в условиях конкуренции, наиболее эффективно достигается за счет гибкого управления индивидуальным ресурсом вагона. Основываясь на ряде исследований [18—20, 29, 70, 228], был сформирован алгоритм управления индивидуальным ресурсом подвижного состава (рис.2.18), который включает решение следующих основных задач: оценку накопления повреждений в базовых частях вагона в прошлой эксплуатации (ретроспекция); установление реального текущего технического состояния экипажа (диагноз); прогнозирование (проспекция) развития этого состояния на ближайшее будущее;
Исследование механических и металлографических характеристик металла рамы вагона-контейнера ТК-8
Автоматизированная Система оформления перевозочных документов (АС ОПД) «Грузоотправитель - железная дорога» была разработана Центром Информационных технологий на Транспорте (ЦИТТРАНС). АС ОПД предназначена для решения следующих основных задач: автоматизации процесса формирования перевозочных железнодорожных документов, оформляемых грузоотправителем и товарной конторой ж.д. станции; автоматизации процесса учета и контроля движения собственного подвижного состава клиента; автоматизации процесса контроля выполнения грузовых операций клиентами.
Выполненный анализ перечисленных выше и некоторых других АСУ, показал, что многие программные комплексы либо недостаточно функциональны, либо экономически нецелесообразны (особенно - для небольших транспортных компаний), а, главное - не позволяют решать задачи управления индивидуальным ресурсом вагонов. К этому следует добавить, что подобная задача и не ставилась перед разработчиками этих программно-технических продуктов.
В связи с этим автором данной работы совместно с сотрудниками НВЦ «Вагоны» с.н.с. Г.Е. Сорокиными и асп. С.В.Борисовым была разработана и внедрена Автоматизированная Система Управления вагонным парком транспортной компании (АСУ ВП) [229].
Пользователями АСУ ВП являются сотрудники предприятия, на автоматизированных рабочих местах (АРМ) которых установлено соответствующее программное обеспечение. Пользователь системы может выполнять различные функции, имеющие отношение к процессам управления вагонным парком и обеспечению его эффективного функционирования.
Составными частями разработанной АСУ ВП являются: программное обеспечение (ПО) для учета и контроля технического состояния и движения собственного и арендованного подвижного состава (АРМ Мастер); ПО для приемосдатчика (АРМ Приемосдатчик); ПО для автоматизированного рабочего места оформителя перевозочных документов грузоотправителя -грузополучателя (АРМ ОПД). Составные части АСУ ВП более подробно описаны в [229], а в данном разделе работы лишь укажем, что главная ретроспективная информация о техническом состоянии вагона концентрируется в АРМ Мастер.
АРМ Мастер предназначен для автоматизации процесса учета и контроля собственного и арендованного подвижного состава и выполняет следующие функции: ввод, корректировка, хранение и удаление информации о вагонах и их техническом состоянии, организация быстрого поиска по справочникам, отражающим состояние парка собственных и арендованных вагонов; ввод в базы данных информации о вводе вагонов в эксплуатацию и выбытии (списании) вагонов из эксплуатации; оперативное получение информации о дислокации вагона на подъездных путях транспортной компании в настоящий момент времени; автоматическое формирование общего пробега каждого вагона на основании данных об отправках из АРМ ОПД; ведение и корректировка электронных технических паспортов, идентичных паспортам, хранящимся в ГВЦ ОАО "РЖД"; заполнение и ведение информационного паспорта вагона для определения его индивидуального остаточного ресурса; формирование справок о вагонах, находящихся в пути к потребителю продукции с указанием прогнозируемой даты возврата; формирование отчетов о текущем состоянии парка собственного и арендованного подвижного состава в различных разрезах с указанием статистических данных (времени очередного ремонта и т.д.); формирование отчета о порожних вагонах, пригодных к погрузке и находящихся на территории транспортной компании, с указанием данных о последних отправках каждого вагона за любой промежуток времени; формирование отчетов о состоянии парка собственных и арендованных вагонов по видам перевозимых грузов (количество годных, находящихся в ремонте, причины отправки в нерабочий парк и т.д.); формирование отчетов по видам и типам вагонов.
Информационный паспорт введен как дополнение к электронному техническому паспорту вагона, хранящемуся в ГВЦ ОАО "РЖД", и предназначен для выполнения расчетов по прогнозированию остаточного ресурса базовых частей вагона. В нем концентрируется и анализируется вся ретроспективная информация о конкретном вагоне, трех видов: исходные данные о вагоне после его постройки, включая результаты проектных расчетов статической и динамической нагруженности, динамических, ходовых и эксплуатационных испытаний, технологии изготовления и использованных материалах; данные о нагрузках и других условиях взаимодействия вагона с окружающей средой; ретроспективная динамика изменения эксплуатационных характеристик, включая темп нарастания усталостно - коррозионных процессов, изменения механических характеристик металла, контроль ползучести. Анализ информации ретроспекции проводится с учетом следующих методологических принципов: системности, специфичности, оптимизации и аналогичности.
Принцип системности анализа позволяет рассматривать вагон как систему взаимосвязанных характеристик и прогностического фона с позиций целей и задач прогнозного исследования.
Принцип специфичности позволяет учитывать специфику данного вагона, специфику закономерностей его развития, изменения абсолютных и расчетных значений пределов параметров. При нарушении этого принципа, особенно часто возникающих при формальной экстраполяции процесса изменения технического состояния вагона, ошибки могут достигать больших размеров, а прогнозы на базе формальных моделей зачастую просто ошибочны.
