23 октября 2017 20:01

Ключевая база эффективности

Учёные нашли безопасный способ увеличить грузоподъёмность вагона

Увеличение грузоподъёмности вагонов позволит повысить эффективность перевозочного процесса. Но при этом увеличиваются погонные и осевые нагрузки. Как правильно выбрать эти величины, чтобы перевезти больше грузов, причинив минимальный ущерб инфраструктуре?
Юрий Бороненко, д.т.н., профессор Петербургского государственного университета путей сообщения, генеральный директор АО «НВЦ «Вагоны»
Для начала необходимо ответить на два ключевых вопроса: насколько безопасен планируемый рост грузоподъёмности вагона и как он увеличит расходы на содержание инфраструктуры?

Очень важно при этом объективно оценить готовность инфраструктуры к увеличению нагрузок. Будем исходить из того, что существующий подвижной состав с его грузоподъёмностью успешно работает на инфраструктуре при известных показателях ходовых качеств и воздействия на путь. Значит, и новый подвижной состав с увеличенной грузоподъёмностью должен работать успешно, если показатели ходовых качеств и воздействия на путь будут лучше или не хуже достигнутых.

С целью определить возможность дальнейшего увеличения грузоподъёмности вагонов мы рассмотрели критерии допустимого воздействия на инфраструктуру согласно нормативным документам. Так, обеспечение прочности мостов и других искусственных сооружений требует, чтобы погонная статическая нагрузка на длине вагона и погонная динамическая нагрузка на базе тележки не превышала соответственно 94,3 кН/м и 168 кН/м. А напряжение на основной площадке земляного полотна должно быть не выше 0,08 Мпа, чтобы не нарушить устойчивость и не ускорить процесс деградации земляного полотна. И ещё, для обеспечения безопасности движения боковая сила не должна превышать 100 кН, или 0,4 значения вертикальной силы.

Рассмотрим погонную нагрузку эксплуатируемых в настоящее время цистерн с осевой нагрузкой 23,5 тс. Она составляет порядка 8 тонн на метр пути. Если перспективные полувагоны и хопперы с осевой нагрузкой 25 и 27 тс будут иметь такую же длину, как модели существующих платформ (то есть увеличенную базу), то погонная нагрузка даже с осевой нагрузкой 27 тс не превысит 7,7 тм.

Отсюда вывод: чтобы не увеличивать воздействие на путь при повышении статических осевых нагрузок, необходимо снизить погонную нагрузку за счёт увеличенной базы тележки. На кафедре «Вагоны и вагонное хозяйство» нашего университета была проведена исследовательская работа и определены величины необходимого статического прогиба рессорного подвешивания в зависимости от осевой нагрузки при различных скоростях движения и для тележек с разными базами. Мы определили, что в диапазоне скоростей движения до 90 км/ч увеличение прогиба рессорного подвешивания до 90 мм позволяет повысить осевую нагрузку до 28 тс, а при увеличении базы тележки до двух метров – даже до 29 тс. Реально для выполнения требований по динамической нагрузке достаточен прогиб 50 мм для осевой нагрузки 25 тс и 70 мм – для осевой нагрузки 27 тс с учётом увеличения базы тележки на 30 мм.

Теоретические выводы были подтверждены и экспериментами на практике. В рамках работ по оценке воздействия на путь вагонов с увеличенными осевыми нагрузками были проведены сравнительные испытания полувагонов на тележках 18-9855 (25 тс) и 18-6863 (27 тс). В результате было доказано, что вагоны с увеличенной осевой нагрузкой оказывают меньшее воздействие на путь, чем вагоны на используемых ныне тележках 18-100. Этого удалось достичь за счёт снижения вертикальной динамической составляющей от обрессоренных частей и боковой качки вагона.

В свою очередь отделом испытаний мостов и конструкций НИИ мостов были проведены специальные исследования для оценки воздействия на мосты вагонов с осевой нагрузкой 25 тс. Они показали, что динамическое воздействие на мостовые конструкции вагонов на тележках модели 18-9855 меньше, чем вагонов на тележках 18-100. Это объясняется тем, что в тележке 18-9855 не только лучшее рессорное подвешивание, но и применены колёсные пары с твёрдыми колёсами и S-образным диском. На твёрдых колёсах в паре с композиционной тормозной колодкой с чугунной вставкой образуется меньше выщербин и дефектов на поверхности катания, а S-образный диск снижает ударные нагрузки на искусственные сооружения.

Во время экспериментов экстремальные значения напряжений на основной площадке земляного полотна в прямых и кривых от прохода полувагонов на новых тележках даже с осевой нагрузкой 27 тс оказались меньше допустимого значения в среднем на 37%. Максимальные боковые силы, передаваемые от колеса на рельс, также не превышали допустимого значения 100 КН и были меньше, чем у полувагона на тележке 18-100.

Суммируя всё это, можно сделать вывод, что вагоны с увеличенной грузоподъёмностью на новых тележках с улучшенным рессорным подвешиванием не оказывают повышенного воздействия на путь и искусственные сооружения (мосты).

А вот в том, что касается оценки расходов на содержание пути, такого однозначного ответа пока нет. К сожалению, проверенные эксплуатацией на «пространстве 1520» эконометрические модели, связывающие изменение затрат на содержание пути с действующими от подвижного состава силами, отсутствуют. Предварительная оценка может быть сделана только на базе методик российских (СТО РЖД 10.002-2015), немецких (ORE) и шведских железных дорог (КТН). Если проводить оценку по методике ОАО «РЖД», то затраты на содержание пути при переводе всего парка вагонов на осевую нагрузку 27 тс могут увеличиться на 12,9%, по методике «Немецких железных дорог» – на 9,2%, по шведской методике – на 7%. Но при этом существенно снижаются удельные затраты на тягу и доля постоянных затрат в себестоимости перевозки одной тонны груза.

В настоящее время в ПГУПСе проводятся работы по определению экономического эффекта от применения вагонов с увеличенной грузоподъёмностью на базе проводимых экспериментов на участке Качканар – Смычка Свердловской железной дороги. В результате будут получены более точные цифры затрат на тягу поездов и расходов на содержание пути. Отмечу, что доля вагонов с осевой нагрузкой 27 тс на особо загруженных магистралях в ближайшее время не превысит 5%. Но перспективы у них большие.
 


Оставить комментарий

Защита от автоматических сообщений:

Защита от автоматических сообщений

Александр 15.09.2017 11:12:05
"То ли ещё будет...", если:
Предложено трёхслойное "УПРУГОЕ КОЛЕСО" (заявка на изобр. №2016100520) с образующей базис (1520/1435)колёсной пары стационарной ступицей с фланцем, со съёмным ободом и инновационными упругими прокладками "СИБАТЕКС" (см. интер: "Время тянуть резину"). Простое в эксплуатации - можно менять изношенные обод с гребнем и устанавливать новый обод даже на ПТО с дальнейшей отправкой снятого обода на реставрацию в депо или на завод. Это технологичнее и дешевле замены рельсов, которые надо изготавливать из бейнитной стали более твёрдыми, чем съёмный бандаж колеса, чтобы эксплуатационный ресурс рельса был больше, чем у колеса.
Поводом для нового "УПРУГОГО КОЛЕСА" послужил интернет: "Крушение скоростного поезда ICE 884 в Германии 1998 г " по излому несовершенных бандажа и упругой прокладки.
Из-за снижения в 2-3 раза необресоренной массы (обод с диском!) по сравнению со стандартной вагонной тележкой и упругого взаимодействия колеса и рельса будет сглаживание неровностей колеса и рельса и элипсности колеса, уменьшение динамического воздействия на подвижной состав и путь и в итоге - увеличение эксплуатационного ресурса подвижного состава и пути. И будет решена практически актуальная проблема взаимодействия колеса и рельса, решению которой посвящены многолетние теоретические поиски десятков статей и диссертаций.
"УПРУГОЕ КОЛЕСО" применимо для высокоскоростного(до 600 км/ч, а не 360 как предусмотрено для ВСМ Москва - Казань - Китай) и грузового с нагрузкой на ось до 60 тс.
" НА УПРУГОМ КОЛЕСЕ ВПЕРЕДИ ПЛАНЕТЫ ВСЕЙ ! " - продолжатель династии, ветеран с 60-летним ж.д стажем, И З О Б Р Е Т А Т Е Л Ь ! Жизнь моя - железная дорога, вечное стремление вперёд !
Jamespaf 22.09.2017 23:24:49
Конечно, никогда нельзя быть уверенным.


------
<a href=http://russkij-yazyk.neznaka.ru/answer/1688375_vpisite-primery-iz-proizvedenij-hudozestvennoj-literatury/>http://russkij-yazyk.neznaka.ru/answer/1688375_vpisite-primery-iz-proizvedenij-hudozestvennoj-literatury/</a>
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
        1 2 3
4 5 6 7 8 9 10
11 12 13 14 15 16 17
18 19 20 21 22 23 24
25 26 27 28 29 30