Современные требования к универсальным железнодорожным платформам и опыт их создания
Современные требования к универсальным железнодорожным платформам и опыт их создания
Общемировой тенденцией развития грузовых железнодорожных пе¬ревозок является специализация подвижного состава. Аналогичные из¬менения происходят и на российских железных дорогах. Более высокая экономическая эффективность использования специализированных вагонов создает предпосылки для пополнения парка подвижным составом, оптимизированным для перевозки определенного вида груза [1], при этом наибольший эффект может быть получен для стабильных грузопотоков на устоявшихся плечах перевозок.
На сегодняшний день специально разработаны длиннобазные платформы для крупнотоннажных контейнеров, эксплуатируемые в составе маршрутных контейнерных поездов [2]. Имеющиеся универсальные платформы переоборудуют с установкой съемного и несъемного оборудованием для определенных видов грузов, вследствие чего они становятся фактически специализированными, так как не могут быть задействованы для разнотипных грузов. Также внедрено переоборудование таких вагонов для перевозки контейнеров с установкой фитинговых упоров, когда деревянный настил пола и борта, как правило, демонтируют.
Однако при всех очевидных преимуществах у специализированных вагонов имеется существенный недостаток: их высокая эффективность обеспечивается только при перевозке одного вида груза и, как правило, в одном направлении. От грузополучателя к грузоотправителю специализированный подвижной состав обычно возвращается незагруженным. В то же время универсальные вагоны этого несоответствия лишены. Возможность перевозить широкую номенклатуру грузов позволяет уменьшить порожний пробег и гибко изменять направления перевозок в зависимости от текущих потребностей.
Следует отметить, что значительную долю в общем объеме перевозимых железной дорогой грузов сегодня занимают контейнеры. При транспортировке на коротких плечах перевозки и при нерегулярных грузопотоках экономическая целесообразность использования специализированных платформ, оптимизированных для условий маршрутных контейнерных поездов, снижается. В таких условиях высвободить высокопроизводительные специализированные платформы и снизить порожний пробег позволяет применение универсальных платформ, так как после доставки контейнеров грузополучателю вагон может быть задействован для перевозки другого груза.
В настоящее время на российских железных дорогах находятся в эксплуатации универсальные платформы, которые выпускаются по проектам прошлого века без учета современных требований к подвижному составу. В связи с этим Инженерным центром вагоностроения была разработана современная универсальная платформа, соответствующая имеющимся потребностям грузоперевозчиков, для постановки ее на производство на одном из отечественных вагоностроительных заводов. В процессе разработки был выполнен обзор находящихся в эксплуатации платформ, проанализированы статистические данные о повреждаемости, определены усло¬вия эксплуатации, уточнены требования грузоперевозчиков и определены основные характеристики и конструктивная схема несущей конструкции.
Таблица 1
Основные характеристики универсальных вагонов-платформ колеи 1520 мм
В соответствии с принятым российскими железными дорогами типа¬жом универсальной является платформа, оборудованная настилом пола и откидными бортами [3]. В настоящее время такие платформы выпускают следующие предприятия: АО «Днепровагонмаш» (ДВЗ), ОАО «Стахановский вагоностроительный завод» (СВЗ), ОАО «Алтайвагон» (АВЗ), ОАО «Брянский машиностроительный завод (БМЗ), ОАО «Энгельсский завод металлоконструкций» (ЗМК). Опытно-конструкторские работы проводят ОАО «НПК «Уралвагонзавод» и ОАО «Рузхиммаш» (табл.1, рис. 1-4) [4].
Анализ многолетнего опыта эксплуатации универсальных и контейнерных платформ позволил сформулировать исходные технические требования к разрабатываемому вагону. Было отмечено, что основными перевозимыми грузами являются различное производственное оборудование, строительные конструкции, промышленные резервуары, металлопрокат, колесная техника, негабаритные конструкции, широкий перечень насыпных материалов, а также разнотипные контейнеры. Платформы также используют как основное средство транспортировки колесной и гусеничной спецтехники, и они являются стратегическим мобилизационным резервом.
Для определения слабых элементов конструкции были систематизированы результаты диагностирования технического состояния универсальных платформ. Анализ повреждений показал, что при эксплуатации рама выдерживает нагрузки и обладает запасом прочности, в то время как борта, деревянный настил пола и устройства крепления груза получают повреждения.
На основании проведенного обзора и анализа особенностей эксплуатации были определены исходные технические требования к современной универсальной платформе:
- Платформа должна обеспечивать перевозку всех разнотипных грузов, а также иметь возможность перевозить контейнеры длиной от 10 до 40 фу¬тов, установленные на универсальные фитинговые упоры.
- Упорами для крепления контейнеров должны быть откидными и обес¬печивать ровный настил пола, необходимый для установки грузов и пере¬движения колесной и гусеничной техники.
- По высоте и ширине погрузочной площадки платформа должна быть унифицирована с существующими для возможности погрузки техники своим ходом на сформированный состав.
- Настил пола должен быть комбинированным - металлическим в сред¬ней части и деревянным вдоль бортов.
- Для снижения повреждаемости устройств крепления и перевозимого груза при роспуске с горок и маневровой работе на вновь разрабатываемых платформах необходимо использовать поглощающие аппараты повышенной энергоемкости класса Т1 вместо применяемого ранее ТО.
- Платформа должна быть оборудована торцевыми бортами усиленной конструкции.
Анализ основных линейных размеров находящихся в эксплуатации универсальных и контейнерных платформ показал, что в настоящее время используются вагоны с длиной по осям сцепления автосцепок 14,62 м и 19,62 м [5]. Последние разрабатывались для установки на тележки с осевой нагрузкой 25 тс, однако эксплуатируются на тележках модели 18-100. При этом увеличенная длина приводит к снижению грузоподъемности на 2-3 т и может быть использована только при транспортировке легких крупногабаритных конструкций и емкостей для химической промышленности. Таким образом, использование платформ длиной 19,62 м ограниченно и массовые перевозки осуществляются универсальными платформами длиной 14,62 м.
Основным функциональным конструктивным элементом платформы является рама, которая передает продольные, вертикальные и поперечные нагрузки между тележками, ударно-тяговыми устройствами и перевозимым грузом. Из всех возможных конструктивных схем (рис. 5), в универсальных платформах применяется рама с несущими продольными и поперечными балками (а). Рамы без хребтовой балки (б), широко используемые в контейнеровозах, не получили распро¬странения в универсальных платформах, так как в этом случае необходима опора для настила пола. По той же причине ограниченные возможности использования рамы без боковых балок (в). Необходимость получения ровного настила пола и погрузки спецтехники, ширина ко¬торой превышает ширину платформы, делает невозможной применение колодцеобразной рамы, у которой боковые балки выступают выше настила пола (г).
Рис. 5. Конструктивные схемы рамы платформы
В конструкции универсальных платформ используют два варианта поперечного сечения рамы (рис. 6) - с несущей хребтовой балкой (тип а) и с несущими хребтовой и боковыми балками (тип б). В первом случае обеспечивается лучший доступ к тормозному оборудованию, что имеет принципиальное значение при эксплуатации.
Рис. 6. Конструктивные схемы поперечного сечения рамы
При изготовлении основных продольных несущих балок рамы используются как катаные профили различной высоты, так и сварные двутавры и коробчатые балки. Применение сварных балок дает возможность инди¬видуально выбирать для каждого элемента конструкции геометрию и тол¬щину, что позволяет снизить вес рамы, материалоемкость, а также уменьшить себестоимость в связи с постоянным ростом стоимости горячекатаных профилей, опережающим удорожание листа.
Для выполнения основного функционального назначения универсальные платформы оборудуют системой приспособлений для фиксации перевозимых грузов. Разнообразие способов погрузки и крепления оговорено соответствующими правилами [6]. Закрепление осуществляют проволочными растяжками, обвязками, стяжками, увязками, деревянными стойками, брусками, щитами, упорными башмаками и другими ана¬логичными средствами одноразового и многоразового использования. Для крепления растяжек и обвязок на вагонах-платформах используются боковые и торцевые стоечные скобы, опорные кронштейны на торцевой балке, напольные увязочные устройства. Закрепление к полу производится гвоздями или строительными скобами, забиваемыми в деревянный настил. С середины 90-х годов широко используется установка на универсальных платформах откидных фитинговых упоров. Их применение позволяет избежать трудоемкой операции крепления контейнера растяжками. Таким образом, современная универсальная платформа должна быть оборудована всем комплексом устройств для крепления груза (рис. 7).
1 - деревянный настил пола; 2 - боковая стоечная скоба; 3 - торцевая стоечная скоба; 4 - кронштейн опорный; 5 - напольные увязочные устройства; 6 - откидные упоры крепления контейнеров; 7 - секция бокового борта; 8 - секция торцевого борта
Рис. 7. Схема устройств для крепления груза
Основным элементом, воспринимающим и передающим действую¬щие при эксплуатации нагрузки, является рама. При разработке новой конструкции были учтены особенности силового воздействия, возникающие при перевозке насыпных и навалочных грузов, колесной и гусеничной спецтехники, а также сосредоточенные нагрузки от контейнеров. Проведенные расчеты показали, что рама традиционной универсальной платформы хорошо воспринимает вертикальные распределенные и сосредоточенные силы. В то же время сосредоточенные продольные динамические нагрузки от контейнеров, возникающие при соударении, приложенные к фитинговым упорам приводили к значительным изгибающим моментам в поперечных балках рамы традиционной схемы.
Для передачи нагрузки от боковых балок на хребтовую и уменьшения напряжений в поперечных балках были применены усиленные раскосы в консольной части, а также увеличен момент сопротивления шкворневой балки. Нагруженный шкворневой узел был доработан установкой развитых косынок (рис. 8).
Рис. 8. Консольная часть рамы универсальной платформы: а) традиционной; б) разработанной
Проведенные расчеты прочности усиленной рамой для случаев нагружения различными грузами, соударений при роспуске с горок и при маневровой работе, а также растяжения и сжатия в составе поезда показали, что наиболее нагруженными несущими элементами рамы платформы являются раскосы и продольные балки в местах установки упоров для крепления контейнеров. Максимальные напряжения возникают в случае нагружения по I режиму-удар 3,5 МН (рис. 9). Наибольшие напряжения при III расчетном режиме, эквивалентном повреждающему воздействию от многоцикловой нагрузки за срок эксплуатации, выявлены в продольных балках рамы и подкреплениях упоров крепления контейнеров (рис. 10).
Рис. 9. Напряжения и деформации в раме платформы при действии продольной динамической нагрузки 3,5 МН
Рис. 10. Напряжения и деформации в раме платформы при действии вертикальной статической нагрузки с учетом вертикальной динамики и горизонтальной составляющей динамической нагрузки
Кузов универсальной платформы состоит из рамы, оборудованной восьмью боковыми и двумя торцевыми секциями бортов. Рама включает хребтовую балку, две боковые, две шкворневые, поперечные бал¬ки и подкрепления для деревянного настила пола (рис. 11). Хребтовая балка коробчатого профиля сварена из листов. Консольные части хребтовой балки изготовлены из стандартных зетовых профилей. Бо¬ковые и основные поперечные балки также сварные из листа. Сверху рама накрыта средним металлическим листом пола. В конструкцию включены подкрепления для установки откидных упоров крепления контейнеров.
1 - хребтовая балка; 2 - зетовый профиль консольной части; 3 - боковая балка; 4 - шкворневая балка; 5 - поперечная балка; 6 - усиления для упоров крепления контейнеров
Рис. 11. Рама универсальной платформы
Настил пола комбинированный металлический в средней части и де¬ревянный вдоль бортов. На раме смонтированы автосцепные устройства с поглощающими аппаратами РТ-120 увеличенной энергоемкости. Платформа установлена на тележки модели 18-100. Применение тормозной системы с раздельным потележечным торможением, безрезьбовыми трубопроводами и малогабаритным тормозным оборудованием позволило упростить разработку схем погрузки, так как разница в нагрузке на тележку не приводит к снижению эффективности тормозов. Основные технические характеристики разработанного вагона (табл. 2) показывают, что применение современной технологии позволяет повы-сить грузоподъемность и функциональность, при сохранении взаимозаменяемости с существующими универсальными платформами.
Таблица 2
Основные технические характеристики разработанной универсальной платформы
По результатам проведенных исследований по обоснованию назначения и основных параметров, а также опытно-конструкторских работ разработчиками были сделаны следующие выводы: - В современной системе железнодорожных перевозок существует потребность в универсальных платформах. - Условия эксплуатации и потребности грузоперевозчиков определяют необходимость размещения всех существующих систем крепления груза, включая откидные упоры для контейнеров. - Традиционная схема рамы не выдерживает нагрузки от контейнеров. - Использование современной технологии изготовления позволяет уменьшить массу и себестоимость несущей конструкции. - Разработанная универсальная платформа соответствует современным требованиям системы грузоперевозок и условиям эксплуатации.
Список литературы
1. Битюцкий А. А. Специализированные вагоны для операторских компаний // Вагоны и вагонное хозяйство. - 2004. - Пилотный выпуск. - С. 16-18.
2. Перевозки крупнотоннажных контейнеров и автомобилей в сообщении Европа - Азия : справочник. - М. : Интекс, 1999. - 256 с.
3. ГОСТ 26686-96. Вагоны-платформы магистральных железных дорог колеи 1520 мм. Общие технические условия. - М. : Изд-во стандартов, 1996. - 15 с.
4. Грузовые вагоны железных дорог колеи 1520 мм : 002И-97 ПКБ ЦВ : альбом-справочник. - М., 1998. - 283 с.
5. Анализ требований основных потребителей платформ для перевозки контейнеров. Типаж платформ для перевозки универсальных контейнеров : отчет о НИР (заключ.) / ИЦ ОВС. - СПб., 2003. - 166 с.
6. Технические условия размещения и крепления грузов в вагонах и контейнерах. - М.: Юридическая фирма «Юртранс», 2003. - 544 с.
