Волков Валерій Андрійович. Підвищення безпечної експлуатації вагонів-цистерн шляхом створення захисних при-строїв підвищеної енергоємності

Краткое описание

Волков Валерій Андрійович. Підвищення безпечної експлуатації вагонів-цистерн шляхом створення захисних при-строїв підвищеної енергоємності : Дис... канд. наук: 05.22.07 2006

Волков В.А. Підвищення безпечної експлуатації вагонів-цистерн шляхом створення захисних пристроїв підвищеної енергоємності Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.22.07 рухомий склад залізниць та тяга поїздів. Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна Міністерства транспорту та зв’язку України, Дніпропетровськ, 2006.
Дисертацію присвячено питанням підвищення безпеки руху вагонів-цистерн, що транспортують екологічно небезпечні вантажі, у тому числі газових цистерн нового покоління, шляхом обладнання днищ котлів захисними пристроями підвищеної енергоємності. Розроблено методику та скінченно-елементні моделі для аналізу пружно-пластичного деформування днищ котлів цистерн з пристроями їх захисту при аварійних ударах. В результаті виконаних досліджень виготовлена, випробувана і впроваджена у виробництво на ВАТ МЗВМ” конструкція вагона-цистерни моделі 15-9503 АВП, днища котла якої обладнано розробленими торцевими запобіжними щитами, що містять стільникові енерговбираючі елементи.

У дисертаційній роботі на основі виконаних теоретичних і експериментальних досліджень вирішено важливу науково-технічну задачу, що забезпечує підвищення безпеки руху вагонів-цистерн для транспортування екологічно небезпечних вантажів, у тому числі газових цистерн нового покоління, шляхом обладнання їх котлів розробленими захисними пристроями підвищеної енергоємності. Основні наукові результати, висновки та практичні рекомендації дисертації полягають у наступному.

В результаті проведеного аналізу даних про аварійні ситуації на залізничному транспорті встановлено, що значна частина аварій на залізницях пов’язана з цистернами, що транспортують екологічно небезпечні вантажі. Аналіз існуючих конструкцій засобів захисту днищ вагонів-цистерн показав, що їх основним недоліком є мала ефективність захисту або велика маса захисного пристрою. Підвищення ефективності захисту котлів цистерн в аварійній ситуації може бути досягнуте за рахунок використання в конструкціях захисних пристроїв спеціальних енерговбираючих елементів і раціонального вибору їх параметрів. Визначено основні вимоги до пристроїв захисту днищ цистерн в аварійних ситуаціях.
Розроблено методику дослідження динаміки і напружено-деформованого стану елементів вагона-цистерни, обладнаного засобами захисту днищ котла при аварійних ударах. Побудовано скінченно-елементні моделі, які дозволяють, на відміну від існуючих, проводити нелінійний динамічний аналіз пружно-пластичного деформування днищ котлів вагонів-цистерн з пристроями їх захисту при аварійних ударах в рамках деформаційної теорії пластичності з урахуванням нелінійної залежності між деформаціями і переміщеннями.
Виконано аналіз напружено-деформованого стану вагона-цистерни для перевезення зріджених вуглецево-водневих газів і легкої вуглецево-водневої сировини без захисних пристроїв і з різними варіантами захисту днищ. Показано, що порушення герметичності днищ розглянутих вагонів-цистерн без засобів захисту і при обладнанні днищ накладками товщиною порядку 0,01 м може відбутися при швидкостях співудару з вагоном-бойком вище 12 км/год. Використання для захисту днищ цистерн торцевих щитів підвищує надійність захисту і дозволяє забезпечити цілісність днищ котлів вищевказаних цистерн при швидкостях аварійних зіткнень порядку 20 км/год. Відсутність в розглянутих захисних конструкціях енерговбираючих елементів обумовлює передачу практично всієї енергії аварійного удару на котел цистерни і елементи його кріплення до рами.
Для захисту днищ котла рекомендовано пристрій висотою не менше третини діаметра котла і товщиною 100170 мм, виконаний у вигляді пакета з двох металевих листів, між якими розташований стільниковий енерговбираючий заповнювач. Металеві стільники, товщина яких дорівнює 80150 мм, варто розташовувати перпендикулярно поверхні щита. Радіус стільникової комірки повинен бути менше товщини шару заповнювача, а відношення товщини листів, що утворюють стільникові елементи, до радіуса стільникової комірки приблизно 1/60.
Розроблено конструкцію захисного торцевого щита з деформовними стільниковими елементами і проведено її експериментальне відпрацювання за допомогою натурних випробувань вагона-цистерни при зіткненні його з вагоном-бойком, обладнаним додатковим автозчепом, що дозволяє здійснювати удари в днище котла.
В результаті аналізу методами математичного моделювання НДС елементів конструкції вагона-цистерни для перевезення зріджених вуглецево-водневих газів при експлуатаційних і аварійних ударах встановлено, що вибрані параметри вагона-цистерни з урахуванням зниження товщини днищ котла до 0,022 м забезпечують відповідно до Норм” необхідну міцність конструкції, а застосування захисних щитів, які містять стільникові енерговбираючі елементи, підвищує її експлуатаційну безпеку. Наявність розглянутих засобів захисту днищ котла від пробивання в аварійній ситуації дозволяє зберегти герметичність котла при швидкості співудару 34 км/год.
Експериментальні дослідження міцності кріплення захисного щита з енерговбираючими елементами на рамі показали, що конструкція кріплення щита забезпечує достатній запас міцності при дії ударних і вібраційних навантажень в експлуатації на термін служби нового вагона-цистерни для перевезення зріджених газів до першого капітального ремонту (10 років). Вагон-цистерна, обладнаний торцевими захисними щитами зі стільниковими елементами, впроваджено в серійне виробництво.
З урахуванням існуючої нормативно-методичної бази розроблено методику оцінки ефективності застосування захисних пристроїв в аварійних ситуаціях. Запропоновано показником економічної ефективності застосування захисних пристроїв на залізничних цистернах, що перевозять небезпечні вантажі, вважати мінімальний рівень втрат, викликаних аварією. Показано, що використання захисних пристроїв на вагонах-цистернах для перевезення небезпечних вантажів є ефективним.