CC BY
88
Общетехнические и социальные проблемы
2. Актуализация генеральной схемы развития железнодорожного танспорта на период 2010-2015 гг. / Ф. С. Пехтерев // Железнодорожный транспорт. - 2006. - №8.
- С. 3-9.
3. Проблемы ремонта подвижного состава / С. Хабирова // РЖД-партнер. - 2006. -№3. - С. 114-120.
4. Оценка эффективности воспроизводства парка полувагонов / О. А. Ашихмина // Экономика железных дорог. - 2007. - №1. - С.71-80.
5. Гудок [Полувагон увеличит пробег] / учредитель Журнальный коллектив редакции газеты «Гудок» ОАО РЖД. - 2006, сентябрь, 14. - М. - 8 полос. - Ежедневная
- 15000 экз.
6. Бизнес-процессы - инструменты совершенствования / Б. Андерсен. - М. : Стандарты и качество, 2005. - С. 21-28. - ISBN 5-94-938-027.
7. Анализ сильных и слабых сторон компании: определение стратегических возможностей / П. Дженстер, Д. Хасси; пер. с англ. - М. : Вильямс, 2004. - 368 с. -ISBN 5-8459-0481-1.
Современные технологии - транспорту
УДК 629.463.65
А. Е. Афанасьев
РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОБОСНОВАНИЯ ПРОДЛЕНИЯ СРОКА СЛУЖБЫ ПОЛУВАГОНОВ
Разработана методика расчетно-экспериментального обоснования продления срока службы полувагонов, позволяющая назначать новый срок службы, основываясь на данных о текущем техническом состоянии и расчетноэкспериментальной оценке остаточного ресурса полувагона. Проанализированы результаты выполнения работ по данной методике.
полувагон, продление, срок службы, расчетно-экспериментальная оценка.
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС
2008/2
Общетехнические и социальные проблемы
126
Введение
По состоянию на начало 2007 года общий парк полувагонов России насчитывает около 316 тыс. единиц. Из них большинство находится в инвентарном парке ОАО РЖД - примерно 80%, или 254 тыс. единиц. При этом средний возраст парка составляет 19 лет при назначенном сроке службы полувагона 22 года. Ежегодно истекает срок службы более чем у 32 тыс. полувагонов [1], поэтому в условиях существующего недостатка полувагонов особую роль играет восстановление ресурса полувагона при его капитальном ремонте.
Анализ технического состояния полувагонов парка ОАО РЖД показал, что 47% могут быть допущены в эксплуатацию на срок от 3 до 5 лет после проведения капитального ремонта [2],[3]. Традиционно срок продления определяется экспертным путем, но такой способ определения остаточного ресурса достаточно субъективен. Объективнее определять его на основании экспериментальных или расчетных данных.
В настоящее время накоплен большой объем экспериментальных данных по испытаниям и эксплуатационной надежности полувагонов. Это позволяет обоснованно использовать только расчетные оценки. Таким образом, совершенствование методики оценки технического состояния полувагонов и расчетного обоснования продления их срока службы является актуальным.
1 Методика проведения работ по определению возможности продления срока службы полувагонов
Основной особенностью усовершенствованной методики расчетноэкспериментального обоснования продления срока службы полувагонов является то, что остаточный срок службы полувагона предлагается определять исходя из расчетов прочности, устойчивости и остаточного ресурса. Это по сравнению с экспертной оценкой существенно повышает достоверность выбранного решения по назначению нового срока службы полувагона. Кроме того, методика позволяет определять остаточный срок службы с одинаковой достоверностью для любого количества вагонов, представленных на техническое диагностирование.
В соответствии с предлагаемой методикой предусмотрены четыре основных этапа (рисунок 1): этап 1 - подготовительный; этап 2 -экспертный; этап 3 - расчетно-экспериментальный; этап 4 -
заключительный.
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС
2008/2
ОбЩетехнические и социальные проблемы
Рис. 1. Последовательность работ по техническому диагностированию и продлению
срока службы полувагонов
Первые два этапа являются важными при техническом диагностировании вагонов. На первом этапе назначается комиссия экспертов для проведения работ по техническому диагностированию. С целью обоснования выбора объема ремонта и приведения полувагона в работоспособное состояние для продления срока службы в методике предусмотрена оценка и прогнозирование интенсивности эксплуатации полувагона.
В соответствии с методикой проводится оценка условий эксплуатации, которая учитывает такие факторы, как интенсивность эксплуатации (пробег полувагона, коэффициент порожнего пробега), номенклатуру перевозимых грузов, пункты и условия погрузки-выгрузки.
Важным этапом является анализ технической документации, который включает в себя проверку паспортов на вагон, проверку соответствия номера модели, на которые распространяется методика, анализ сроков проведения периодических плановых ремонтов.
На втором этапе работ производится наружный и внутренний осмотр полувагона, позволяющий выявить несоответствия конструкторской документации, которые произошли в ходе эксплуатации. К таким
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС
2008/2
Общетехнические и социальные проблемы
128
несоответствиям относятся трещины, изменение размеров и формы элементов, наличие деталей, не предусмотренных конструкторской документацией, и других видимых дефектов конструкции.
На третьем этапе работ производится оценка и прогнозирование остаточного срока службы полувагона с учетом отремонтированных и замененных элементов. В соответствии с разработанной методикой предусмотрена оценка остаточного срока службы на основании расчетов.
На заключительном (четвертом) этапе работ по техническому диагностированию и продлению срока службы оформляется техническое решение, на основе которого полувагоны либо исключаются из инвентарного парка, либо срок их службы продлевается.
2 Оценка технического состояния полувагонов
Для оценки уменьшения толщины элементов рамы, которое произошло в процессе эксплуатации полувагона, проводится исследование коррозионного износа при помощи ультразвуковой толщинометрии, что позволяет оценить на ранней стадии наиболее слабые элементы и, соответственно, снижение прочностных характеристик конструкции полувагона.
С целью обнаружения внутренних и поверхностных дефектов в сварных соединениях и основном металле в соответствии с методикой предусмотрен неразрушающий контроль, который выполняется на основе ультразвуковой дефектоскопии. Обнаруженные дефекты устраняются путем ремонта или замены детали; в случае отсутствия возможности или нецелесообразности устранения дефекта вагон бракуется и дальнейшей эксплуатации не подлежит.
Обоснование вида и объема ремонта, а также возможности продления срока службы выполняется на основе анализа имеющихся повреждений и неисправностей полувагона. Для выявленных неисправностей проводится экспертная оценка причин их появления: неисправности, возникшие в процессе эксплуатации (рисунок 2, а); неисправности, вызванные особенностями конструкции или дефектами производства (рисунок 2, б); неисправности, вызванные несоблюдением правил эксплуатации (рисунок 2, в, г).
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС
2008/2
Общетехнические и социальные проблемы
а)
б)
в)
г)
Рис. 2. Характерные повреждения кузова полувагона: а - повреждения верхней обвязки, возникшие в процессе эксплуатации; б - повреждения заделки промежуточной стойки, вызванные особенностями конструкции; в - повреждения обшивки боковой стены, вызванные несоблюдением правил эксплуатации; г - повреждения верхнего листа промежуточной балки, вызванные несоблюдением правил эксплуатации
Выявление причин появления неисправностей позволяет более точно оценить вид и объем ремонта. Одним из важных направлений анализа повреждений является выявление дефектов и повреждений, которые в момент контроля не являются критическими, но могут за период планируемой эксплуатации достичь значений, выходящих за пределы допустимых.
3 Расчетно-экспериментальная оценка остаточного срока службы полувагонов
В соответствии с разработанной методикой предусмотрена оценка остаточного срока службы на основании расчетов с учетом отремонтированных и замененных элементов.
При определении остаточного срока службы расчетным путем проводят расчет прочности на соответствие вагона требованиям Норм [4]. В рассматриваемой методике предусмотрено использование специализированного программного вычислительного комплекса,
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС
2008/2
Общетехнические и социальные проблемы
130
реализующего метод конечных элементов, для расчетов прочности конструкции кузова. При построении расчетной модели рекомендуется использовать пространственные пластинчатые четырехузловые (рисунок 3, а) или восьмиузловые (рисунок 3, б) конечные элементы.
Рис. 3. Пространственные пластинчатые конечные элементы: а - четырехузловой конечный элемент; б - восьмиузловой конечный элемент
Применение пластинчатых конечных элементов, в отличие от балочных, позволяет достаточно точно оценить напряженное состояние не только в пролетах балок, но и в местах их соединения, а также в местах приложения нагрузок. Путем проведения исследовательских расчетов установлено, что применение твердотельных конечных элементов не приводит к повышению точности расчета, но при этом увеличивает время вычислений. С целью уточненного анализа прочности конструкции полувагона в зонах соединения элементов производится локальное измельчение сетки конечных элементов. Пример конечно-элементной расчетной модели полувагона показан на рисунке 4.
В расчетах прочности, согласно разработанной методике, учитывается реальная толщина элементов на момент проведения диагностирования, а также прогнозируемое уменьшение толщины металла за вновь назначенный срок службы полувагона. Кроме того учитываются изменения, которые внесены в конструкцию в результате ремонта полувагона.
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС
2008/2
ОбЩетехнические и социальные проблемы
Рис. 4. Пример расчетной модели полувагона с сеткой конечных элементов
С целью прогноза коррозионного износа элементов полувагона проведены дополнительные исследования по определению фактической скорости коррозии. По результатам исследований установлено, что фактическая скорость коррозии меньше нормативной (рисунок 5). Поэтому в методике используются данные о прогнозировании коррозионного износа, полученные в результате исследования.
В расчете прочности конструкции полувагона использованы режимы нагружения, принятые в Нормах. Оценка прочности производится путем сравнения расчетных эквивалентных напряжений с допускаемыми
значениями [s] (рисунок 6).
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС
2008/2
Общетехнические и социальные проблемы
132
Среднестатистическая скорость коррозии, мм/год
Нижняя полка зета хр. балки 0,15
Нижняя обвязка 0,15
Вертикальная полка зета хр. балки 0,12
Нижний лист шкворневой балки 0,11
Вертикальный лист шкворневой балки 0,01
Рис. 5. Нормативная и фактическая скорость коррозии основных несущих элементов
полувагона
Для оценки возможности конструкции выдерживать нагрузки с учетом уменьшения толщины металла несущих элементов предусмотрен расчет устойчивости в соответствии с Нормами для наиболее неблагоприятных сочетаний расчетных нагрузок по формулам:
с
n
кр
С
>
n
или n
кр
y
>
n
где акр и ткр - критические напряжения сжатия и сдвига;
си t - напряжения сжатия и сдвига элемента из расчета на прочность.
В соответствии с разработанной методикой оценка остаточного ресурса вагона Тк выполняется по формуле:
Г
с
a, N
T,. =
[ n ]
N..
Nd •Е К)m
P + NCII
Е (< )m • P
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС
2008/2
Обцетехнические и социальные проблемы
Рис. 6. Распределение полей эквивалентных напряжений в элементах кузова полувагона
В качестве исходных данных для расчета усталостной прочности используются значения динамических напряжений в исследуемых точках конструкции полувагона, полученные по результатам расчета прочности.
В общем случае, для того чтобы оценить остаточный ресурс полувагона, необходимо провести расчет усталостной прочности по всем его элементам. С целью сокращения количества рассматриваемых элементов проведено обследование по выявлению наиболее повреждаемых и нагруженных элементов конструкции (рисунок 7), на основании которого определены элементы, для которых расчитывается остаточный ресурс. Обследование проведено по 307 полувагонам с истекшим сроком службы. При обследовании определялись вероятности отказов элементов конструкции Pi (i = 1, 2, 3, ..., N, здесь N - количество элементов) по формуле:
Pi =
I
1
R
к
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС
2008/2
Общетехнические и социальные проблемы
134
где к - количество обследованных вагонов;
RH - количество неисправных элементов одного типа в вагоне;
R - общее количество элементов одного типа.
Поэтому расчет остаточного ресурса проводится только по наиболее нагруженным в эксплуатации элементам. Для каждого выбранного элемента полувагона рассчитывают свой срок службы Тк (i = 1, 2, 3,..., N, где N - количество элементов). Остаточный срок службы определяется как минимальное значение из множества сроков службы каждого выбранного элемента:
Тк = min {Tk1, Tk2, Tk3 .. TkN } .
Верхняя обвязка Двутавр
хребтовой балки
Промежуточная
стойка
Шкворневая
балка
У гловая стойка
Шкворневая
стойка
П р о м ежу точ н ая балка
Рис. 7. Вероятности отказов наиболее повреждаемых элементов Заключение
Разработанная методика позволяет выполнять работы по определению срока безопасной эксплуатации полувагонов на основе расчетной оценки остаточного ресурса. Анализ результатов работ, выполненных в соответствии с этой методикой, показал, что около 85% полувагонов могут быть допущены к эксплуатации после проведения капитального ремонта. Срок эксплуатации 56% из них может быть продлен на 5 лет, 43% - на 4 года, 1% - менее чем на 3 года.
Апробация методики в период с марта по январь 2007 доказала ее работоспособность. Она внедрена на Барнаульском (490 вагонов) и
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС
2008/2
Общетехнические и социальные проблемы
Рославльском (1346 вагонов) вагоноремонтных заводах, в настоящее время внедряется в вагоноремонтных депо по всей сети ОАО РЖД. Библиографический список
1. Оценка и обоснование потребности компаний сферы железнодорожной транспортировки грузов в грузовых вагонах различных типов на перспективу до 2010 года : отчет о НИР // А. А. Битюцкий, К. В. Кякк, С. А. Федоров, Ю. В. Почиталов. -СПб. : ИЦ ВС, 2007. - 22 с.
2. Диагностика грузового и пассажирского подвижного состава / А. В. Донченко, Ю. А. Трубачев, К. В. Назаренко // X Международная конференция «Проблемы механики ж.д. тр-та. Секция 4. Прочность, надежность, диагностика». -Днепропетровск. : Изд-во ДИИТа, 2000. - С. 173-174. - ISBN 966-7191-11-7.
3. Техническое диагностирование полувагонов и продление их срока службы. Совершенствование методов испытаний и диагностики грузовых вагонов / А. Ф. Дроздов, А. Е. Афанасьев, Н. А. Битюцкий // Сб. науч. тр. - Вып. 2. - СПб. : ИЦ ВС, 2007. - С. 79-89. - ISBN 5-901739-44-2.
4. Нормы для расчета и проектирования новых и модернизируемых вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных). - М. : ГосНИИВ-ВНИИЖТ, 1996. - 317 с.
УДК 656.2.073.235
В. И. Иванова, О. Б. Маликов
ОПТИМИЗИРОВАННЫЙ РАСЧЁТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ПЕРЕГРУЗОЧНОЙ МАШИНЫ ПРИ ОБРАБОТКЕ КОНТЕЙНЕРОВ НА ТЕРМИНАЛЕ
Производительность перегрузочной машины определяется количеством груза, перегружаемого в единицу времени, а также числом циклов его работы в час, грузоподъёмностью рабочего органа или количеством перемещаемого груза. На основе технической производительности рассмотрен расчёт технологического процесса, выполняемого перегрузочной машиной.
перегрузочная машина, грузоподъёмность машины, техническая производительность, контейнеры, математическая модель.
Введение
Оптимизация методики расчёта зависит от правильного выбора технико-экономических показателей работы перегрузочной машины. К таким показателям относится производительность, которая зависит в основном от ряда факторов, например грузоподъёмности или количества
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС
2008/2
