Введение к работе
Актуальность проблемы. Одной из причин длительного простоя подвижного состава являются периодические спады спроса на определенные виды грузов, что значительно снижает эффективность перевозок. Существенные колебания объемов погрузки в течение года наблюдаются как на отдельных железных дорогах, так и в целом по общей сети железных дорог. В связи с сезонными колебаниями отправки груза многие узкоспециализированные вагоны (например, для леса, зерна, минеральных удобрений) длительно простаивают, занимая дефицитные железнодорожные пути, а от вложенного в вагоны капитала нет отдачи. Специализация вагонов позволяет сократить время и трудоемкость погрузочно-разгрузочных операций, обеспечить сохранность продукции, но одновременно увеличивается тара вагонов, порожний пробег, растут простои при сезонных колебаниях отправки различных товаров, у вагоностроителей возрастают расходы на испытания и сертификацию вагонов, а из-за малых объемов серий себестоимость специализированных вагонов выше универсальных.
Для повышения эффективности эксплуатации железнодорожного транспорта предлагается разработать вагоны со съемными кузовами увеличенной вместимости, в которых основная и наиболее дорогая часть (рама с ходовыми частями, тормозами и автосцепным устройством) будет постоянно эксплуатироваться, а съемные кузова будут меняться в зависимости от типа перевозимого груза. Внедрение такой гибкой грузовой системы позволит значительно сократить простои при сезонных колебаниях отправки грузов и повысить эффективность эксплуатации вагонов.
Цель и задачи. Целью работы является разработка научно обоснованных технических решений нового специализированного грузового вагона со съемными кузовами, обеспечивающего сокращение простоев подвижного состава при сезонных колебаниях объемов отправки грузов и пригодного для эксплуатации в существующих условиях железнодорожных предприятий.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
-
Проведение обзора конструкций съемных кузовов, подвижного состава для их перевозки, способов и устройств крепления съемных кузовов на железнодорожных платформах.
-
Анализ номенклатуры грузов, перевозимых железнодорожным транспортом, и определение перспективного модельного ряда съемных кузовов.
-
Изучение влияния линейных размеров съемных кузовов на их технико-экономические показатели, проведение выбора основных типов кузовов и их линейных размеров.
-
Разработка новых технических решений съемных кузовов и устройств их крепления на подвижном составе, обеспечивающих надежность крепления и безопасность перевозок.
-
Создание методики расчета потребного парка платформ и съемных кузовов, учитывающей сезонные колебания объемов перевозимых грузов.
-
Разработка методики расчета и экспериментальной проверки креплений съемных кузовов от опрокидывания на железнодорожных платформах при действии штормовых порывов ветра.
Научная новизна:
1. Изучено влияние линейных размеров съемных кузовов на их
технико-экономические характеристики, проведен выбор основных типов кузовов и их линейных размеров.
-
Разработана методика расчета потребного парка платформ и съемных кузовов, отличающаяся учетом сезонных колебаний отправки грузов, проведена оценка эффекта от использования съемных кузовов.
-
Предложены новые конструктивные решения съемных кузовов увеличенного объема и грузоподъемности, разработаны новые конструктивные решения устройств креплений съемных кузовов на железнодорожных платформах.
-
Предложен способ и устройство для экспериментальной проверки креплений съемных кузовов и контейнеров от опрокидывания на железнодорожных платформах при действии штормовых порывов ветра со скоростью более 30 м/с, разработана методика расчета прилагаемых нагрузок при проведении испытаний.
Теоретическая и практическая значимость работы. Предложен
новый для колеи 1520 мм вид грузового подвижного состава: вагоны со
съемными кузовами, который обеспечит универсализацию
специализированного подвижного состава за счет оперативной замены съемных кузовов в соответствии с типом перевозимого груза. Применение съемных кузовов позволит сократить простои и обеспечит максимальную эксплуатацию вагона на протяжении всего жизненного цикла без спада спроса при сезонных колебаниях отправки грузов.
Разработан перспективный модельный ряд съемных кузовов, позволяющий расширить номенклатуру перевозимых грузов. Конструкция предложенных съемных кузовов предусматривает складирование ярусами на отдельных площадках, что позволит освободить железнодорожные пути и сократить затраты на оплату простоя подвижного состава.
Разработаны новые устройства крепления съемных кузовов. Предложен способ и устройство для экспериментальной проверки креплений съемных кузовов и контейнеров от опрокидывания на
железнодорожных платформах при действии штормовых порывов ветра скоростью более 30 м/с.
Положения, выносимые на защиту:
-
Методика расчета потребного парка вагонов-платформ и съемных кузовов, отличающаяся учетом сезонных колебаний отправки грузов.
-
Новые конструктивные решения вагонов со съемными кузовами увеличенного объема и устройств креплений съемных кузовов на железнодорожных платформах.
-
Методика расчета нагрузок и способ экспериментальной проверки креплений съемных кузовов и контейнеров от опрокидывания на вагон-платформах при действии порывов ветра более 30 м/с.
Степень достоверности. Обоснованность новых технических
решений в части увеличения объема и грузоподъемности вагонов со
съемными кузовами подтверждается сравнением технико-экономических
параметров зарубежных аналогов и прототипов. Достоверность
результатов работы в части расчета и экспериментальной проверки креплений съемных кузовов и контейнеров от опрокидывания на железнодорожных платформах подтверждаются сравнением результатов расчетов с протоколами испытаний.
Реализация результатов работы. Результаты исследований по
выбору параметров и типоразмеров использованы при создании вагона-
платформы со съемными кузовами в ПАО «Научно Производственная
Корпорация Объединенная Вагонная Компания». Результаты
исследований по действиям ветровых нагрузок применены в
ООО «Тихвинский испытательный центр железнодорожной техники».
Апробация работы. Основные результаты работы были
представлены на научно-технических советах АО «НВЦ «Вагоны» и ВНИЦТТ, на научных семинарах кафедры «Вагоны и вагонное хозяйство» ПГУПС (2015, 2016 гг.), на научно-технических конференциях, а именно «Подвижной состав XXI века (идеи, требования, проекты)», ПГУПС, 2015, 2016, 2017, 2018 гг.; «Неделя науки», ПГУПС, 2015, 2016, 2017 гг.; «Системы автоматизированного проектирования на транспорте», ПГУПС, 2014; «Контейнеры и контейнерные перевозки. Проблемы, решения, перспективы», Российский морской регистр судоходства, 2017 г.; «Подвижной состав для химических грузов» CREON Chemicals, Москва, 2017; «Роль научных организаций, образовательных организаций высшего образования и профессиональных образовательных организаций в формировании проектов и инициатив в рамках НТИ», Политех, 2017 г., «», Barcelona, Spain, 2018 («»).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 17 работах, из них 2 – в печатных изданиях, включенных в Перечень изданий, рекомендованных ВАК РФ для публикации результатов диссертационных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа включает в себя введение, пять глав, заключение, изложена на 142 страницах машинописного текста, содержит 43 таблицы и 80 рисунков. Список использованных источников насчитывает 71 наименование.