Введение к работе
1.1, Актуальность проблемы. За период с 1990 по 1995 г. несмотря на общее падение объемов перевозок удельный вес перевозок нефтеналивных грузов увеличился с 11,5% до 14,5%. В абсолютных цифрах общая погрузка нефтеналивных грузов на железных дорогах России возросла за пять месяцев 1999 года (по сравнению с аналогичным периодом предыдущего) почти на 3 %.
Сегодня на транспортном рынке разворачивается жесткая конкуренция. Она усиливается даже там, где железные дороги традиционно удерживали крепкие позиции. Внутренние перевозки нефтеналивных грузов - это резерв, который нельзя упустить на другие виды транспорта и тем самым потерять. Наряду с внедрением более гибкой тарифной политики железным дорогам следует ответить на усиление конкуренции повышением качества перевозок и эффективности использования парка подвижного состава. В сегодняшних условиях ограниченности капитальных вложений и оборотных средств задачи оптимизации имеющихся технических и материальных ресурсов приобретают особо важное значение. Назрела острая необходимость в решении задач, направленных на повышение качества железнодорожных перевозок.
Правила перевозок жидких грузов наливом в вагонах-цистернах и бункерных полувагонах действуют на сети железных дорог с 1966 г. За этот период вагонный парк пополнился новыми моделями вагонов-цистерн с увеличенным удельным объемом котла; значительно выросла номенклатура перевозимых веществ, различных по своим физико-химическим свойствам, многие из которых представляют опасность для человека и окружающей природной среды. Транспортировка таких грузов требует соблюдения целого ряда специальных условий перевозки и требований, выдвигаемых как к самим грузам, так и к подвижному составу.
Известно, что безопасность перевозок наливных грузов обеспечивается:
- созданием условий транспортирования, при которых жидкость гарантированно не имеет путей выхода за пределы котла вследствие теплового расширения или негерметично закрытой крышки колпака котла цистерны. Внедрение научно обоснованных дифференцированных норм налива нефти и нефтепродуктов позволяет создать такие условия; обеспечением динамической устойчивости вагонов-цистерн от опрокидывания и схода с рельсов. Однако при заполнении котла в соответствии с дифференцированными нормами налива в отдельных случаях предусматривается недолив. Наличие свободной поверхности жидкости в котле влечет за собой колебания груза в процессе перевозки. Эти колебания, в свою очередь, могут оказывать влияние на динамику цистерны.
Таким образом, безопасность при перевозках наливных грузов обеспечивается научно обоснованными нормами заполнения вагонов-цистерн с учетом тем пературных режимов перевозки, а также с учетом влияния динамических нагрузок на размещение жидкости в котле цистерны при движении поезда.
В соответствии с этим актуальной прикладной задачей являются составление расчетных схем по оценке поперечной устойчивости цистерны и разработка мероприятий по повышению безопасности при перевозках наливных грузов.
1.2. Цель работы заключается в изучении влияния недолива на динамическую устойчивость вагонов-цистерн, а также в оценке безопасности движения цистерн, загруженных в соответствии с дифференцированными нормами налива нефти и нефтепродуктов.
Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи:
- анализ зарубежного и отечественного опыта по вопросам обеспечения безопасности перевозок наливных грузов;
- систематизация и анализ данных по технической характеристике вагонов-цистерн, эксплуатируемых на Российских железных дорогах;
- разработка методики оценки динамической устойчивости цистерн с неполным наливом от опрокидывания й схода с рельсов;
- разработка методики проведения экспериментальных работ, проведение экспериментов, анализ полученных результатов;
- разработка мероприятий, направленных на повышение уровня безопасности перевозок наливных опасных грузов;
- оценка технико-экономической эффективности разработанных мероприятий.
1.3. Методика исследования. Работа основана на теоретических и экспериментальных исследованиях, анализе и обобщении отечественного и зарубежного опыта перевозок наливных грузов.
Методической основой моделирования процессов перевозки наливных грузов явилось использование основных положений теоретической механики, математической статистики и теории вероятностей.
Вычисление параметров устойчивости выполнялось с применением вычислительной среды MathCad 8.0.
Достоверность полученных результатов оценивалась сравнением расчетных данных с данными, полученными в ходе натурных экспериментов, опытных перевозок, а также путем сопоставления с данными исследований ВНИИЖТ по вопросам динамической устойчивости цистерн,
1.4. Научная новизна. Составлены расчетные модели поперечной устойчивости цистерны с учетом возникающего поперечного ускорения и деформации рессор при прохождении цистерной стрелочного перевода, а также движении по кривым участкам пути с учетом возвышения наружного рельса. На их основе получены аналитические зависимости для определения угловой скорости колеблю щейся жидкости относительно стенки котла, опрокидывающего и удерживающего моментов, действующих на цистерну. Указанные зависимости позволяют оценить поперечную устойчивость цистерны при различных степенях заполнения котла.
Ї.5. Практическая ценность работы. Разработаны и могут применяться при анализе адекватных аварийных ситуаций методики расчета на устойчивость цистерн от опрокидывания и схода с рельсов при прохождении стрелочных переводов и движении по кривым участкам пути.
Разработаны конкретные мероприятия по повышению сохранности перевозимых нефтепродуктов, отвечающие требованиям безопасности перевозок.
1.6. Реализация результатов работы. По результатам исследований применительно к конкретным климатическим условиям Восточной Сибири и Дальнего Востока разработан, подготовлен к внедрению и представлен на утверждение в МПС России проект дифференцированных норм налива нефти и нефтепродуктов.
1.7. Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и были одобрены на научно-практической конференции "Транссиб-99" (Новосибирск, 1999 г.), научно-практической конференции, посвященной 100-летию Красноярской железной дороги (Красноярск - Новосибирск, 1999 г.), отраслевой научно-технической конференции "Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта и роль молодых ученых в их решении" (Ростов-на-Дону, 1998 г.), научно-практической конференции "Опыт взаимодействия вузов и железных дорог в научно-технической прогрессе и подготовке специалистов" (Самара, 1998 г.), на научно-технических конференциях Сибирского государственного университета путей сообщения (1995, 1997 гх).
1.8. Публикации. Основные результаты работы содержатся в 2 отчетах о НИР, 12 статьях, одном патенте на изобретение (патент РФ № 2138414).
1.9. Структура работы. Диссертация состоит из 4 разделов, основных выводов и рекомендаций, списка литературы, содержащего 60 наименований, 3 приложений; содержит 200 страниц машинописного текста, 78 таблиц, 54 рисунка.
