CC BY
76
Проблематика транспортных систем
47
УДК 629.4.027:629.46
Е. А. Жарова
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА И ПРОДЛЕНИЕ СРОКА СЛУЖБЫ ДВУХЪЯРУСНЫХ ПЛАТФОРМ ДЛЯ ПЕРЕВОЗКИ АВТОМОБИЛЕЙ
Представлены результаты анализа технического состояния двухъярусных вагонов-платформ для перевозки автомобилей модели 13-479. Приведены исследования напряженно-деформированного состояния элементов конструкции вагона на основе многофакторного вычислительного эксперимента и натурных испытаний. Разработаны и обоснованы конструктивные предложения, позволяющие продлевать срок службы вагонов данного типа и модернизировать их.
остаточный ресурс, продление срока службы Введение
В настоящее время парк двухъярусных платформ для перевозки автомобилей составляет примерно 5000 единиц, включая собственные вагоны. Практически все вагоны - модели 13-479. Платформы этой модели были спроектированы в 1968 году для удовлетворения потребностей советского машиностроения и серийно выпускались до середины 90-х годов. На сегодня нормативный срок службы большинства этих вагонов истек (рис. 1), и их эксплуатация запрещена действующими документами. Подвижной состав, выработавший календарный срок службы, подлежит списанию, однако анализ технического состояния данного типа подвижного состава показывает возможность дальнейшей их эксплуатации.
Срок службы истекает после 2012 года 21%
Срок службы истек
Рис. 1. Возрастная структура парка двухъярусных платформ
Учитывая, что двухъярусные платформы имеют невысокую грузоподъемность и малую осевую нагрузку при довольно высоком коэффици-
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС
2007/3
48
Проблематика транспортных систем
енте тары, а также то, что в связи с кризисом 90-х годов ХХ века и недостатками конструкции они в большинстве своем были отставлены от эксплуатации, было выдвинуто предположение о наличии остаточного ресурса и возможности провести модернизацию с продлением срока службы.
1 Теоретические исследования прочностных характеристик
и остаточного ресурса двухъярусных платформ. Выбор направлений по модернизации с продлением срока службы
1.1 Разработка программ и методик технического диагностирования двухъярусных платформ
Важнейшим элементом расчетно-экспериментально-статистического метода управления индивидуальным ресурсом вагона в эксплуатации является получение достоверной информации о техническом состоянии вагона с помощью технических средств диагностирования.
Разработанный в данной статье алгоритм диагностирования технического состояния базовых частей вагонов включает в себя несколько этапов.
На первом этапе исследования производится анализ технической документации, изучение интенсивности эксплуатации обследуемых вагонов. Также на данном этапе происходит изучение недостатков существующей конструкции двухъярусных платформ с учетом требований к перевозке современных автомобилей.
На втором этапе проводится органолептический контроль (наружный осмотр) рам и кузовов вагонов для выявления основных видов неисправностей и повреждений, а также обследование технического состояния ходовых частей, автосцепного и тормозного оборудования. В задачу этого вида контроля входит визуальное и с помощью измерительных инструментов выявление отклонений геометрических размеров элементов конструкций обследуемого вагона от проектных размеров, обнаружение трещин, деформаций, других дефектов, а также определение зон, требующих углубленного исследования (при необходимости) материала и сварных соединений конструкций.
На третьем этапе проводится толщинометрия основных несущих элементов конструкции двухъярусных платформ.
На четвертом этапе, после анализа полученных результатов, проводятся работы, связанные с обоснованием и выбором направлений по модернизации двухъярусных платформ и продлением их срока службы.
На пятом этапе для выявления наиболее нагруженных элементов и узлов конструкции проводится расчет прочности и устойчивости несущих элементов вагона с учетом эксплуатационного уменьшения толщин элементов вследствие коррозии и с учетом проведенной модернизации.
На шестом этапе для подтверждения правильности проведенных мероприятий по продлению срока службы проводятся натурные испытания
2007/3
Proceedings of Petersburg Transport University
Проблематика транспортных систем
49
вагона и принимается окончательное решение о дальнейшей эксплуатации вагонов данного типа.
1.2 Статистическая обработка результатов технического диагностирования
В результате обследования технического состояния кузовов и рам двухъярусных платформ для перевозки легковых автомобилей были выявлены: случаи поверхностной коррозии верхней и нижней рам и промежуточных стоек (величина которой не достигала и 2%), частичное разобору-дование вагонов, повреждения (обрыв) переездных площадок, излом колесных упоров. Обследование ходовых частей, автосцепного и тормозного оборудования показало наличие неисправностей, требующих периодической замены или ремонта этих частей в эксплуатации.
Анализ эксплуатации двухъярусных платформ и анализ рынка в сфере перевозки автомобилей показал, что грузоотправители заинтересованы в подвижном составе, обеспечивающем прежде всего максимальную сохранность перевозимых транспортных средств. Вагоны, спроектированные в середине прошлого столетия, не удовлетворяют этому требованию и предназначены для автомобилей «Жигули», «Волга», «Москвич». Современные вагоны для перевозки легковых автомобилей, проектирование и строительство которых начато с начала текущего десятилетия, полностью обеспечивают сохранность грузов, но вследствие малой грузоподъемности (что ведет к большому сроку окупаемости) не все компании-операторы и ОАО РЖД имеют финансовые возможности для приобретения новых вагонов.
1.3 Обоснование и выбор конструктивных предложений
по повышению остаточного ресурса двухъярусных платформ с помощью проведения модернизации с продлением срока службы
По результатам диагностирования и анализа была разработана конструкторско-технологическая документация по модернизации с продлением срока службы двухъярусных платформ для перевозки легковых автомобилей (КРП).
КРП подлежат вагоны, у которых истек срок службы (либо отставленные от эксплуатации по другим причинам при наличии соответствующих документов) после проведения диагностики технического состояния. Все работы производятся лицензированной организацией на предприятиях, имеющих право осуществления подобного вида ремонта. При обнаружении во время диагностики у вагона неисправностей, указанных в Инструкции по исключению вагонов из инвентаря, он подлежит списанию.
Модернизация платформ для перевозки автомобилей заключается в установке на платформу боковых стен, крыши, торцевых дверей, верхней и нижней переездных площадок. Для крепления автомобилей в модернизи-
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС
2007/3
50
Проблематика транспортных систем
рованной платформе используются колесные упоры, поставляемые с платформой для перевозки автомобилей, или упоры по чертежам автозавода. Одновременно модернизация будет и усилением конструкции вагона-платформы.
Помимо работ по модернизации, производится ремонт вагона в соответствии с требованиями на производство капитального ремонта с продлением срока службы. Общий вид вагона до и после проведения модернизации с продлением срока службы представлен на рисунке 2.
Рис. 2. Общий вид вагона до и после проведения КРП
1.4 Проведение многофакторного вычислительного эксперимента по оценке прочности, надежности и долговечности кузова и рам модернизированного вагона-платформы для перевозки легковых автомобилей
Для оценки влияния коррозионного износа элементов верхней и нижней рам и кузова вагона на прочность был выполнен расчет статической нагруженности вагона. Расчет производился в соответствии с Нормами для расчета на прочность и проектирования вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных) (1996 г.).
В соответствии с рекомендациями Норм расчет производился методом конечных элементов, с использованием конечно-элементного (КЭ) пакета ANSYS, версия 8.0. Для расчета использовалась оболочечно-балочная конечно-элементная модель. Для описания подкрепляющих и несущих элементов конструкции кузова были использованы пространственные балочные конечные элементы (BEAM 189). Для описания обшивки кузова были использованы элементы типа тонкая оболочка (SHELL 93). Конечноэлементная модель включает 2720 конечных элементов типа BEAM 189 и 6126 конечных элементов типа SHELL 93.
Для расчета был выбран образец, имеющий максимальный коррозионный износ верхней и нижней рам и кузова.
Расчет показал, что максимальные эквивалентные напряжения при первом расчетном режиме при ударе и рывке возникают в шкворневом узле и составляют 170 МПа для удара и 163 МПа для рывка, что не превыша-
2007/3
Proceedings of Petersburg Transport University
Проблематика транспортных систем
51
ет допускаемых напряжений 295 МПа. Максимальные эквивалентные напряжения при первом расчетном режиме при сжатии (рис. 3) возникают в хребтовой балке в зоне заделки в шкворневую и составляют 180 МПа, при растяжении возникают в хребтовой балке в концевой части и составляют 130 МПа, что не превышает допускаемых напряжений 262,5 МПа.
Максимальные эквивалентные напряжения при третьем расчетном режиме при ударе и рывке возникают в шкворневой балке в зоне заделки в хребтовую и составляют 120 МПа для удара и 101 МПа для рывка, что не превышает допускаемых напряжений 150 МПа. Максимальные эквивалентные напряжения при третьем расчетном режиме при сжатии и растяжении возникают в шкворневом узле и составляют 93 МПа при сжатии и 85 МПа при растяжении, что не превышает допускаемых напряжений 150 МПа.
По результатам проведенных расчетов можно сделать вывод, что прочность переоборудованной при КРП платформы модели 13-479 при всех расчетных режимах удовлетворяет требованиям Норм.
Рис. 3. Напряженно-деформированное состояние вагона при первом расчетном режиме при сжатии
2 Экспериментальные исследования прочности, надежности и долговечности двухъярусной платформы
Для подтверждения правильности назначения нового срока службы после истечения нормативного были проведены натурные испытания модернизированной при КРП двухъярусной платформы № 59600247 модели 13-479-01 постройки 1976 года.
Испытания вагона проводились согласно разработанным и согласованным программам и методикам в следующем объеме: испытания на статическую прочность;
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС
2007/3
52
Проблематика транспортных систем
испытания на прочность кузова при соударении;
испытания по сбрасыванию с клиньев.
Для создания продольных усилий в раме вагона использовался стенд для нагружения рам вагонов продольными нагрузками.
На основании полученных результатов был сделан вывод, что конструкция модернизированного при КРП вагона удовлетворяет условиям прочности. Результаты проведенных испытаний, а также тормозной расчет были использованы для оценки долговечности конструкции модернизированной платформы.
Заключение
На основании выполненного комплекса теоретических и экспериментальных исследований прочности двухъярусных платформ сделан вывод о наличии у них остаточного ресурса, и платформам для перевозки легковых автомобилей с истекшим сроком службы после проведения КРП может быть назначен новый срок службы, который составляет 15 лет.
УДК 629.463.32
А. В. Емельянов, Л. В. Цыганская
ВЛИЯНИЕ ОСЛАБЛЕНИЯ СТЯЖНЫХ ХОМУТОВ
НА НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ
ВАГОНОВ-ЦИСТЕРН
Надежность подвижного состава - один из главных факторов, влияющих на технико-экономические показатели работы отрасли. Проведен анализ технических неисправностей вагонов-цистерн в эксплуатации и выявлены отступления от норм содержания. Замечены закономерности между техническим состоянием элементов крепления котла вагона-цистерны к раме и возникновением дефектов в котле. В ходе экспериментальных и теоретических исследований выявлены зависимости между техническим состоянием элементов крепления котла к раме вагона-цистерны и возникающими напряжениями в котле при внешних нагрузках в эксплуатации.
Введение
В большинстве стран наиболее безопасной считается перевозка опасных грузов железнодорожным транспортом. Перевозка другими видами транспорта допускается лишь в том случае, если отсутствует возможность транспортирования по железным дорогам. За последние пять лет произошло значительное увеличение объема перевозок нефтепродуктов железно-
2007/3
Proceedings of Petersburg Transport University
