Введение к работе
Актуальность работы
Перевозка опасных грузов связана со значительным риском при по-грузо-разгрузочных операциях и транспортировке.
Нарушения, связанные с отказом технических систем или неправильными действиями человека-оператора в поездной и маневровой работе на железнодорожном транспорте, могут приводить к крушениям и другим нарушениям в работе, которые, в свою очередь, могут приводить к техногенным катастрофам экологического, социального и экономического характера.
Ряд крупных крушений и аварий, имевших место на железнодорожном транспорте в последние годы, послужили серьезным предупреждением для принятия неотложных мер по обеспечению безопасности движения при перевозке опасных грузов.
Попадание вагонов-цистерн с опасными грузами в аварийные ситуации усугубляет нарушение безопасности и приводит к тяжелым последствиям. Крушения и аварии, в которые попадают цистерны с опасными грузами, наблюдаются на всех железных дорогах мира и редко обходятся без последствий, связанных с человеческими жертвами, загрязнением окружающей среды и значительными материальными затратами по ликвидации последствий аварий.
Исходя из вышесказанного, формируется научная проблема, а именно -повышение безопасности движения путем снижения риска возникновения аварийной ситуации при транспортировке опасных грузов в вагонах-цистернах.
Наиболее эффективным средством предупреждения возникновения тяжелых последствий аварийной ситуации является совершенствование самого вагона, предназначенного для транспортировки опасного груза. Это понятие включает наличие на вагоне специальных приспособлеїшй, предназначенных для защиты кузова или котла от нарушения герметичности.
Решение вопросов о введении в конструкцию цистерны средств физической защиты требует предварительных теоретических исследований по оценке эффективности действия и прочности конструкции котла в целом и элементов физической защиты в частности.
Основная задача при этом заключается в определении таких вариантов конструктивных решений, которые позволили бы снизить уровень силовых воздействий на оболочку котла, вызванных аварийными режимами.
Для решения данной задачи необходимо разработать методику расчета и оценки напряженно-деформированного состояния средств физической защиты и оболочки котла (как защищаемого объекта), которая позволит решать основные вопросы, возникающие при разработке конструкций защиты.
В связи с вышеизложенным, задача исследования напряженно-деформированного состояния котла цистерны для перевозки опасных грузов и средств его физической защиты при аварийных режимах и, в последующем, выбор конструкции дуг безопасности и способов их соединения с котлом является актуальной.
Целью настоящей работы является выбор и обоснование конструкций дут безопасности, установленных на котлах цистерн для перевозки опасных грузов, на основании анализа данных численных и экспериментов по исследованию напряженно-деформированного состояния различных конструктивных вариантов и натурных экспериментов. В плане общей постановки задачи в работе решался ряд вопросов:
-
разработка расчетных схем и методики проведения прочностных расчетов с целью создания теоретической и расчетной базы проектирования котлов цистерн применительно к условиям производства на ГПО «Уралвагонза-вод»;
-
разработка методики расчета, анализа и выбора средств физической защиты;
3) исследование влияния на напряженно-деформированное состояние оболочки котла цистерны различных конструктивных исполнений защиты и способов ее крепления.
Методика исследования. Методологической основой работы являются современные представления о формировании усилий в сплошных однородных механических системах и средах. Для анализа напряженно-деформированного состояния котла цистерны и средств физической защиты использовались теория тонких оболочек и метод конечных элементов.
Результаты теоретических исследований сопоставлялись с данными теоретических исследований различных организаций и с данными натурных экспериментов.
Научная новизна работы заключается в том, что:
разработана и реализована на ПЭВМ конечно-элементная модель и алгоритм проведения расчета котла цистерны, предназначенной для перевозки углеводородных газов применительно к ГПО «Уралвагонзавод»;
разработана методика и проведен многовариантный анализ напряженно-деформированного состояния котла цистерны и дуг безопасности в зависимости от их конструктивного исполнения,
определены наиболее рациональные конструктивные исполнения дуг безопасности с точки зрения минимального воздействия на оболочку котла цистерны;
исследовано влияние способов крепления дут безопасности на напряженно-деформированное состояние оболочки котла цистерны.
Практическая ценность работы. 1. Диссертационная работа соответствует основным направлениям научных исследований МПС и других организаций по повышению безопасности перевозок опасных грузов, являясь частью Федеральной программы «Разработка и производство в России грузового подвижного состава нового поколения».
-
Разработанная конечно-элементная модель и аліоритм проведения прочностных расчетов котла цистерны позволяют с высокой степенью точности выполнять инженерные расчеты на базе программного комплекса «ISCRA» применительно к условиям производства на ГПО «Уралвагонза-вод».
-
Разработанная методика анапгиза напряженно-деформированного состояния котла цистерны и дуг безопасности при аварийном режиме нагруже-ния позволяет решать вопросы по разработке конструкций дуг, их размещению на котле цистерны, выбору способов соедішения с оболочкой котла и другие вопросы, возникающие при проектировании цистерн для перевозки опасных грузов.
-
Конструктивные проработки дуг безопасности в значительной мере нашли свое отражение в конструкторско-технологической документации при разработке цистерн для перевозки сжиженных углеводородных газов, моделей 908Р (производства республика Польша), 15-144 (производства ГПО «Уралвагонзавод») и 15-200 (производства АО «Рузхиммаш»), и других моделей цистерн, предназначенных для перевозки опасных грузов.
Апробащш работы: основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:
научно-технической конференции УрГАПС «Фундаментальные и прикладные исследования - транспорту» (Екатеринбург, 1995 г.);
международной научно-технической конференции «Железнодорожный транспорт сегодня и завтра» (Екатеринбург, 1998 г.);
на научно-технических советах Уральского конструкторского бюро по вагоностроению ГПО «Уралвагонзавод» (Н-Тагил, 1993, 1994, 1995, 1998 гг.);
на научно-технических семинарах и заседаниях кафедры «Вагоны» УрГАПС (1993-1998 гг.).
Публикации: По материалам диссертации опубликовано шесть работ.
-7-Объем работы: диссертационная работа состоит из 157 страниц, 45 рисунков, 5 таблиц и списка использованных источников.
Автор выражает искреннюю благодарность и глубокую признательность научному руководителю профессору А. В. Смольянинову, профессору В. Н. Филиппову, профессору В. А. Ивашову, а также сотрудникам кафедры «Вагоны» УрГАПС и научно-производственного предприятия «Мониторва-гонтранс» за содействие и внимание к работе, за консультации и обсуждение результатов исследований, представленных в диссертации.
Похожие диссертации на Выбор и обоснование конструкций дуг безопасности котлов цистерн
