Снижение коммерческих браков у грузов со смещенным центром тяжести на вагоне

На правах рукописи

МОЛЧАНОВА ОКСАНА ВИКТОРОВНА

СНИЖЕНИЕ КОММЕРЧЕСКИХ БРАКОВ

У ГРУЗОВ СО СМЕЩЕННЫМ ЦЕНТРОМ ТЯЖЕСТИ

НА ВАГОНЕ

Специальность 05.22.08 – Управление процессами перевозок

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук

ЕКАТЕРИНБУРГ – 2010

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Уральский государственный университет путей сообщения» (УрГУПС) на кафедре «Станции, узлы и грузовая работа»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Туранов Хабибулла Туранович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Анисимов Петр Степанович

кандидат технических наук, доцент

Корнеев Максим Владимирович

Ведущее предприятие: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ростовский государственный университет путей сообщения»

Защита диссертации состоится « 28 » мая 2010 г. в 10-30 в ауд. 283 на заседании диссертационного совета Д 218.013.01 при Уральском государственном университете путей сообщения по адресу: 620034, г. Екатеринбург, ул. Колмогорова, 66.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета и в сети Интернет на сайте http://usurt.ru .

Автореферат диссертации разослан « 26 » апреля 2010 г.

Отзыв на автореферат в 2-х экземплярах, заверенный печатью организации, просим направить в адрес диссертационного совета по почте и по факсу (343) 245-31-88.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук, профессор Асадченко В.Р.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Развитие транспортной системы России должно быть ориентировано на обеспечение максимальной безопасности, полного и опережающего учета международных требований. Поэтому, необходимо обеспечить высокий уровень безопасности перевозок, являющегося гарантией сохранения устойчивых конкурентных преимуществ компании на транспортном рынке.

Обеспечение безопасности перевозки грузов является основной и приоритетной задачей руководства ОАО «РЖД». Безопасность движения поездов, а также сохранность грузов обеспечивается не только содержанием в постоянной исправности всей инфраструктуры железнодорожного транспорта, но и, в частности, обеспечением надежности крепления грузов. Поэтому одним из элементов системы обеспечения безопасности движения в сфере грузовых перевозок является снижение коммерческих браков за счет совершенствования методики расчета крепления груза, а также простота в использовании «Технических условий размещения и крепления грузов в вагонах и контейнерах» (ТУ). В связи с этим, возникает необходимость решения прикладной задачи по совершенствованию методики расчета элементов крепления грузов, перевозимых на открытом подвижном составе со смещенным центром тяжести поперек вагона.

Несмотря на то, что на сегодняшний день много исследований проведено по совершенствованию методики размещения и крепления грузов, ситуация на железнодорожном транспорте не изменилась. Анализ данных о вагонах с коммерческими неисправностями показал, что около 64 % из общего количества вагонов приходится на коммерческие неисправности, связанные с размещением и креплением груза в вагонах (22 % вагонов были погружены с нарушением требований ТУ, а 42 % вагонов – с расстройством погрузки в пути следования). Кроме того, за 2008 год продольный сдвиг груза при роспуске составов с горки был зафиксирован у 246 вагонов, а ослабление и разрыв растяжек – у 163 вагонов. Поэтому, совершенствование методики расчёта усилий в гибких элементах крепления при размещении груза со смещением его центра тяжести поперек вагона с учетом физико-геометрических и силовых параметров креплений груза является все еще актуальной и приоритетной задачей, имеющей важное прикладное значение для железнодорожного транспорта и транспортной науки, так как направлено на обеспечение требований ФЗ «Устав железнодорожного транспорта», а именно безопасности движения поездов, сохранной перевозки грузов и надежности элементов подвижного состава в пути следования.

Работа выполнена в рамках госбюджетной научно-исследовательской работы № ЭЖД-129 «Разработка основ теории по обоснованию технологии размещения и крепления грузов на открытом подвижном составе».

Цель исследования – снижение коммерческих браков на основе совершенствования методов расчета натяжений в гибких элементах крепления грузов со смещенным центром тяжести поперек вагона для обеспечения безопасности движения поездов и повышения сохранности грузов при перевозке железнодорожным транспортом.

Основными задачами исследования являются:

аналитическое исследование сдвига груза вдоль вагона, размещенного со смещенным центром тяжести поперек вагона, и вывод формулы нахождения натяжений в элементах крепления груза от действия плоской системы сил;

определение характера движения груза при маневровом соударении вагона с неподвижно стоящими вагонами в виде серии ударных импульсов;

численное моделирование элементов крепления груза со смещенным центром тяжести поперек вагона;

проведение вычислительных экспериментов по определению сдвига груза и натяжений в гибких элементах крепления при вариации геометрических параметров крепления в вычислительной среде MathCAD.

Объект исследования. Груз, размещенный в вагоне со смещением центра тяжести поперек вагона.

Предмет исследования. Параметры крепления груза со смещенным центром тяжести на открытом подвижном составе.

Методика исследования: закон отвердевания, принцип освобождаемости от связей, законы Гука и Кулона, принцип Даламбера, условие равновесия груза при относительном движении, метод операционного исчисления, метод итераций, вычислительная среда MathCAD.

Достоверность исследования подтверждается данными сравнительных расчетов сдвигов и натяжений в гибких элементах крепления, полученными с применением методик, разработанных автором и другими исследователями.

Наиболее существенные научные результаты, полученные лично соискателем, состоят в том, что при разработке схем размещения и крепления грузов обязательным является нахождение эквивалентной жесткости элементов крепления и сдвига груза вдоль вагона, а также положение о том, что достаточно вычислить натяжения только для коротких по длине элементов крепления.

Основные положения, выносимые на защиту:

математическая модель крепления груза со смещенным центром тяжести поперек вагона, закрепленного гибкими элементами крепления, с учетом уклона на прямом участке пути;

математическая модель движения груза при действии на него сил импульсного характера;

методика расчета одновременного нахождения сдвига и натяжений в элементах крепления с учетом физико-геометрических характеристик крепления.

Научная новизна диссертации состоит в следующем:

– в математической формализации для определения эквивалентной жесткости упругих элементов с учетом их физико-геометрических характеристик, и сдвига груза вдоль вагона;

– в моделировании нахождения натяжений в элементах крепления;

– в математическом описании движения груза при действии сил импульсного характера.

Практическую ценность представляют:

составленные программы расчета усилий в гибких элементах крепления груза на открытом подвижном составе, на которые получены два Свидетельства об официальной регистрации программы для ЭВМ Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам (№ 2006612566 от 20.07.2006, №2006612567 от 20.07.2006) [10, 11]. Программы в последующем могут быть использованы грузоотправителями при разработке непредусмотренного техническими условиями (НТУ) способа размещения и крепления груза на вагоне и в учебном процессе;

рекомендации о том, что обязательно выполнение расчета эквивалентной жесткости и сдвига груза вдоль вагона, а также натяжений в гибких упругих элементах крепления, причем натяжения достаточно определять, только для более коротких по длине элементов крепления.

Экономический эффект от уменьшения числа коммерческих браков при совершенствовании крепления грузов может быть получен за счет экономии денежных средств, затраченных на устранение коммерческих неисправностей в пунктах коммерческого осмотра и сокращения простоя вагонов под исправлением коммерческих браков, и как следствие за счет повышения безопасности движения и сохранности перевозимых грузов.

Реализация результатов работы. Разработанные практические рекомендации приняты к использованию Службой коммерческой работы в сфере грузовых перевозок Свердловской железной дороги филиала ОАО «РЖД» для проверки разработанных грузоотправителями схем размещения и крепления грузов на открытом подвижном составе.

Разработанная методика расчёта крепления грузов реализована в виде двух пакетов программ для ЭВМ, используемых в научных исследованиях и учебном процессе кафедрой «Станции, узлы и грузовая работа» УрГУПС.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы автомобильного, железнодорожного, трубопроводного транспорта в Уральском регионе» (Пермь: ПГТУ, 2005 г.), на 44-ой Всероссийской научно-практической конференции «Современные технологии - железнодорожному транспорту и промышленности» (Хабаровск: ДВГУПС, 2006 г.), на Научно-технической конференции «Наука, инновации и образование: актуальные проблемы развития транспортного комплекса России» (Екатеринбург: УрГУПС, 2006 г.), на Научно-технической конференции «Молодые ученые – транспорту» (Екатеринбург: УрГУПС, 2007 г. и 2009 г.), на Десятой научно-практической конференции «Безопасность движения поездов» (Москва: МИИТ, 2009 г.) и на объединенном научном семинаре кафедр «Станции, узлы и грузовая работа» и «Вагоны» (УрГУПС, 2010 г.).

Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 11 научных работах, в том числе 1 статья в издании, рекомендованном ВАК РФ.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и рекомендаций, списка использованной литературы, включающего 220 наименований, 162 страниц основного текста, 33 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы и дана общая характеристика работы.

В первой главе представлен анализ коммерческих браков на Свердловской железной дороге, описано положение с обеспечением безопасности движения в хозяйстве грузовой и коммерческой работы, выполнен подробный обзор литературных источников по расчету крепления груза по действующим ТУ, рассмотрены усовершенствованные методики расчета креплений грузов на открытом подвижном составе, сформулированы цель и задачи диссертационного исследования.

Основным показателем работы грузового хозяйства является безопасность движения поездов и сохранность перевозимых грузов. Большую роль в обеспечении этих показателей играют пункты коммерческого осмотра (ПКО) поездов и коммерческие посты безопасности (ПКБ). Именно поэтому на сети особое внимание уделяется совершенствованию технического оснащения ПКО и ПКБ, улучшению бытовых условий их работников, а также соблюдению всей нормативно-правовой документации.

После анализа «Отчетов о вагонах с коммерческими неисправностями по Свердловской железной дороге» 1997–2008 гг. выявилась следующая тенденция, представленная на рисунке 1.

Рисунок 1 – Анализ количества вагонов с коммерческими неисправностями на Свердловской железной дороге

Для наглядности приведем диаграмму, где выделены коммерческие неисправности, угрожающие безопасности движения (рисунок 2).

Рисунок 2 – Показатели работы ПКО Свердловской железной дороги в период 2002-2008 гг.

Можно сделать вывод, что в числе необходимых мер по повышению уровня состояния безопасности движения поездов в хозяйстве грузовой и коммерческой работы следует усилить контроль за соблюдением грузоотправителями ТУ и правил выполнения погрузочно-разгрузочных работ, а в некоторых случаях даже пересмотреть методику погрузки и крепления грузов на открытом подвижном составе.

В соответствии с правилами ЦМ-360, на устранение коммерческих неисправностей предусмотрено не более двух суток, что получается в действительности представлено на рисунках 3–5.

Рисунок 3 – Простой вагонов под исправлением коммерческих

неисправностей на ПКО Пермь-Сортировочный Свердловской железной дороги

Рисунок 4 – Простой вагонов под исправлением коммерческих

неисправностей на ПКО ст.Свердловск-Сортировочный Свердловской железной дороги

Рисунок 5 – Простой вагонов под исправлением коммерческих

неисправностей на ПКО ст. Войновка Свердловской железной дороги

Вследствие этого нарушается срок доставки грузов, увеличивается оборот вагона, а перевозчики несут убытки, связанные с простоем вагонов на станциях.

Таким образом, основная причина случаев брака и отцепок вагонов в пути следования заключается в том, что грузоотправители игнорируют Технические условия размещения и крепления грузов на подвижном составе и контейнерах. Порой отсутствует надлежащий контроль со стороны приемосдатчиков при приеме грузов к перевозкам, не всегда на высоте качество коммерческого осмотра поездов и вагонов на ПКО.

На одном из совещаний с участием первого заместителя начальника и сотрудников Департамента коммерческой работы в сфере грузовых перевозок ОАО «РЖД», а также сотрудников Всероссийского научно-исследовательского института автоматизированных систем было предложено усовершенствовать ТУ. Усовершенствованный метод расчета крепления груза должен обеспечить необходимую надежность этих креплений, направленный на сохранную перевозку грузов в пути следования и отсутствия повреждений элементов вагонов с безусловным соблюдением безопасности движения поездов.

Обобщая результаты анализа расстройства крепления грузов, можно отметить, что нарушения крепления грузов по ТУ, неточность методики п.10.5.3 главы 1 ТУ, связанная с раздельным вычислением усилий в растяжках от действия продольных и поперечных сил инерции, а также несовершенство методики расчета усилий сочетается с человеческими факторами. Это приводит к расстройству размещения и крепления в пути следования и является причиной несохранной перевозки грузов, которые могут привести к угрозе безопасности движения поездов.

Вопросы крепления грузов в вагонах с использованием действующей методики расчета крепления грузов (ТУ) изучены в работах докторов технических наук А.Д. Малова, В.К. Бешкето, В.В. Повороженко, А.А. Смехова, Л.О. Грачевой, П.С. Анисимова и других, а с использованием усовершенствованной методики расчета крепления грузов изучены в работах докторов технических наук В.Б. Зылева и Х.Т. Туранова, профессора В.А. Болотина и их учеников.

В выполненных по действующим ТУ расчетах натяжения в гибких элементах крепления определены без нахождения эквивалентной жесткости, учитывающей физико-геометрических характеристики растяжек и обвязок, и без сдвига груза, что не соответствует действительности.

Усовершенствованный метод расчета крепления грузов должен способствовать снижению коммерческих браков на железнодорожном транспорте.

Во второй главе описана технология крепления грузов с плоским основанием, сформулирована задача на относительное движение груза и изложены результаты аналитического моделирования сдвига и креплений груза (рис. 6) при действии продольных и вертикальных сил.

В диссертации рассмотрено движение подвижного состава на прямом участке пути (при роспуске с горки, маневровых соударениях в сортировочном парке, при служебном торможении на спуске и экстренном торможении). Построена динамическая модель груза со смещённым центром тяжести. При этом продольная сила (кН), воспринимаемая элементами крепления груза со смещением общего центра тяжести поперек вагона при его движении на спуск, найдена по формуле

, (1)

где

; (2)

(3)

Получена формула для определения сдвига груза в виде

(4)

Рисунок 6 – Физическая модель размещения груза со смещенным центром тяжести поперек вагона

где – эквивалентная жесткость гибких упругих элементов крепления груза по продольной оси вагона, кН/м:

(5)

Натяжения в -м гибком упругом элементе крепления найдены по формуле:

, (6)

где допустимое значение натяжения в креплениях, определяемое по табл. 30 Приложения 14 к СМГС в зависимости от количества нитей ni и диаметра проволоки di.

В диссертации отмечено, что натяжения в более коротких по длине элементах крепления могут достигать или превышать допустимое значение, а длинные элементы обладают большей нагрузочной способностью. Поэтому расчет натяжений достаточно производить только для более коротких по длине элементов крепления. Для практических расчетов составлена программа для ЭВМ в среде MathCAD.

В третьей главе изложены результаты аналитического исследования по изучению соударения вагонов на путях сортировочного парка на основе важнейших положений теории механического удара.

Расстройство размещения и крепления грузов, зафиксированных при роспуске составов с горки на станции Свердловск-сортировочный приведено в таблице 1.

Таблица 1 – Расстройство размещения и крепления грузов, зафиксированных при роспуске составов с горки на станции Свердловск-сортировочный