Модернизация и продление сроков службы специального подвижного состава для уборки снега тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.07, кандидат технических наук БАЛТАБАЕВ, АБЫЛКАСЕН СЕРДАЛИЕВИЧ

• БАЛТАБАЕВ, АБЫЛКАСЕН СЕРДАЛИЕВИЧ
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук БАЛТАБАЕВ, АБЫЛКАСЕН СЕРДАЛИЕВИЧ

ВВЕДЕНИЕ.

1 ОБЗОР КОНСТРУКЦИЙ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Обзор конструкции снегоуборочной техники.

1.2 Анализ состояния парка снегоуборочных поездов и снегоочистителей двухпутных, плужных двухстороннего действия.

1.3 Постановка задач диссертации.

2 ОБСЛЕДОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ВАГОНОВ СНЕГОУБОРОЧНОЙ ТЕХНИКИ.

2.1 Разработка программы и методики технического диагностирования вагонов снегоуборочной техники с целью продления срока их службы.

2.2 Обследование текущего состояния парка вагонов снегоуборочной техники с истекшим сроком службы.

2.3 Выводы по разделу 2.

3 ОЦЕНКА ПРОЧНОСТИ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ СНЕГОУБОРОЧНОЙ ТЕХНИКИ.

3.1 Исследование прочности головного вагона снегоуборочной машины модели СМ-2 при номинальных толщинах элементов рамы и кузова.

3.2 Исследование прочности головного вагона снегоуборочной машины модели СМ-2 с учетом усиления элементов рамы.

3.3 Исследования напряженного состояния элементов головного вагона снегоуборочной машины СМ-2 при различной степени коррозионного износа его конструктивных элементов.

3.4 Выводы по разделу 3.

4 ОЦЕНКА ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА СНЕГОУБОРОЧНОЙ ТЕХНИКИ.

4.1 Методика оценки остаточного ресурса вагона вагонов снегоуборочной техники.

4.2 Исследования усталостной прочности головного вагона снегоуборочной машины СМ-2.

4.3 Разработка рекомендаций по совершенствованию несущих конструкций вагонов снегоуборочной техники и установки новых сроков службы.

4.4 Совершенствование функциональных возможностей и повышение безопасности.

4.5 Выводы по разделу 4.

5 ИСПЫТАНИЯ МОДЕРНИЗИРОВАННОГО СНЕГОУБОРОЧНОГО КОМПЛЕКСА.

5.1 Проверка прочности и оценка долговечности несущих конструкций снегоуборочной техники по результатам экспериментальных исследований.

5.2 Выводы по разделу 5.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Модернизация и продление сроков службы специального подвижного состава для уборки снега»

Актуальность проблемы. В последние годы поступление новой снегоуборочной техники в парк специализированного подвижного состава железных дорог Казахстана практически не производилось. При этом старые снегоуборочные машины частично исключались из инвентарного парка по истечении нормативного срока службы, а многие продолжали эксплуатироваться. Как следствие, это привело к интенсификации работ оставшейся снегоуборочной техники, увеличению числа отказов и появлению проблем в обеспечении перевозок, связанных с задержками в очистке железнодорожных путей в зимний период. Кроме того ряд технических решений снегоуборочных машин неудовлетворительно показал себя в эксплуатации.

Так как ускоренное обновление всего парка снегоуборочной техники требует больших материальных затрат, на которые АО «НК «КТЖ» не имеет средств, становится актуальной проблема восстановления ресурса существующей снегоуборочной техники и разработка мероприятий по продлению срока службы вагонов-снегоочистителей на основе выполнения капитального ремонта с продлением срока полезной эксплуатации (КРП).

Целью работы является разработка научно-обоснованных технических решений, обеспечивающих восстановление подвижного состава для уборки снега, установление новых сроков его службы в условиях Казахстана.

Для достижения поставленной в работе цели решались следующие задачи:

1. Проведение обзора конструкций снегоуборочных машин и анализ их технического состояния;

2. Теоретическая оценка прочности и долговечности исследуемых конструкций существующих образцов снегоуборочной техники;

3. Определение основных конструктивных недостатков, присущих существующим снегоуборочным комплексам;

4. Разработка рекомендаций по совершенствованию несущих конструкций снегоуборочной техники;

5. Выполнение нормативных расчетов на прочность и долговечность модернизированных несущих конструкций снегоочистителей и прогнозирование их остаточного ресурса;

6. Выполнение комплекса экспериментальных исследований модернизированного снегоуборочного комплекса;

7. Обоснование эффективности использования модернизированного комплекса уборки снега в условиях республики Казахстан и разработка общих выводов по работе.

Решение поставленных задач проводилось путем комбинирования методов математического моделирования, аналитических методов оценки и проведения натурных экспериментов в климатических условиях республики Казахстан.

Научная новизна исследований заключается в следующем:

1. Разработаны расчетные схемы и математические модели для оценки прочности снегоуборочных машин, отличающиеся подробным учетом особенностей конструкций и характером силовых нагружений.

2. Определены параметры технического состояния парка железнодорожного подвижного состава для уборки снега, показаны существенные отличия в темпах коррозии в сравнении с другими типами подвижного состава в условиях Казахстана;

3. Изучено влияние уменьшения толщин несущих элементов силового каркаса снегоуборочной техники на его прочность и долговечность;

4. Установлены технологические концентраторы напряжений, снижающие показатели прочности несущих конструкций и предложены технические решения по их устранению.

Практическая значимость работы. Проведенный в диссертационной работе анализ технического состояния снегоуборочной техники и обоснование технической и экономической целесообразности проведения ее модернизации с продлением срока службы на основе учета разработанной методики расчета НДС данного типа подвижного состава, позволили разработать рекомендации по совершенствованию несущих конструкций снегоочистителей, позволяющие продлить их срок службы, обеспечив безопасность движения и снизив эксплуатационные расходы. Разработанные автором технологии проведения КРП, на основе выбора оптимальных вариантов усовершенствования конструкции, позволяют продлевать полезный срок использования снегоуборочных машин .СМ-2 и СД11М для уборки снега не менее, чем на 10 лет.

Реализация результатов работы: По разработанным при участии автора диссертации, техническим условиям производится капитальный ремонт и вагонам продлевается срок службы на 10 лет. Отдельные положения и результаты работы используются при проведении научных исследований, выполнении дипломных работ, бакалаврских и магистерских диссертаций на кафедре «Вагоны и вагонное хозяйство» ГТГУПС.

Апробация работы: Основные результаты работы докладывались на IV, V, VI и VII Международных научно-технических конференциях «Подвижной состав XXI века (идеи, требования, проекты)» (ПГУПС, НВЦ «Вагоны», 2005 - 2011 г.г.), обсуждались на кафедре «Вагоны и вагонное хозяйство» ПГУПС (2004-2011 г.г.).

Публикации: Основные положения диссертации опубликованы в 5 печатных работах. Две статьи опубликованы в изданиях, входящих в Перечень изданий, рекомендованных ВАК для публикации научных результатов диссертационных работ.

Структура и объем работы. Диссертация включает в себя введение, 5 глав, заключение и изложена на 125 страницах машинописного текста, в том числе 21 таблица, 68 рисунков. Список литературы насчитывает 75 наименований.

Заключение диссертации по теме «Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация», БАЛТАБАЕВ, АБЫЛКАСЕН СЕРДАЛИЕВИЧ

5.2 Выводы по разделу 5

1. По результатам проведенных испытаний можно сделать вывод о том, что конструкция опытного образца, удовлетворяет условиям прочности.

2. На основании полученных результатов можно сделать вывод, что циклическая долговечность базовых элементов опытного образца вагона составляет не менее 18 лет, а коэффициент запаса сопротивления усталости для наиболее опасной зоны (пересечение хребтовой и шкворневой балок) составляет 1,75 (по расчету п=1,8) при допустимом значении [п]=1,5.

3. Максимальные расхождения результатов расчетов и испытаний в целом не превысили 21%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации выполнен комплекс исследований по оценке остаточного ресурса и возможности продления сроков службы специального подвижного состава для уборки снега. По результатам работы было сделано следующее заключение:

1. Обзор и анализ существующего парка снегоочистительной техники в странах СНГ и, в частности в Республике Казахстан, позволяет сделать вывод о том, что у 88% заканчивается нормативный срок службы. Обновление парка этой техники практически невозможно из-за малой мощности заводов-изготовителей и экономических соображений. В диссертации предложен выход из создавшегося положения - оценка остаточного ресурса и продление сроков службы снегоочистительной техники.

2. Выполнен анализ характерных повреждений элементов оборудования снегоуборочной техники. Показано, что коррозионный износ базовых элементов не превышает 5%, при этом трещины и недопустимые деформации наблюдаются на 50-83% элементах основного оборудования (крылья, передний щит, рабочие органы и т.д.).

3. Выполненный комплекс нормативных прочностных расчетов, дополненных учетом воздействия снежного покрова на рабочие элементы плуга, позволили сделать выводы о том, что условия прочности исследуемых конструкций при первом и третьем расчетных режимах нагружения не обеспечиваются. Требуется усиление конструкции в зонах концентрации напряжений.

4. Разработаны ТУ на капитальный ремонт с продлением сроков службы и предложен ряд конструктивных мероприятий: усиление рам и других базовых элементов с помощью накладок и косынок, модернизация системы выгрузки снега, замена изношенных элементов (пластины накопителя) и другие усовершенствования.

5. Выполненные расчеты прочности и долговечности модернизированных конструкций снегоочистительной техники показали, что условия прочности для всех базовых и вспомогательных элементов конструкции выполняются, максимальные эквивалентные напряжения для первого расчетного режима нагружения составляют 218,0 МПа (допустимые 232,8 МПа) для узла заделки шкворневой и хребтовой балки и 196,5 МПа (допускаемое 232,8 МПа) в зоне заделки боковой балки в хребтовую.

Максимальные эквивалентные напряжения для третьего расчетного режима нагружения для тех же элементов конструкций составляют 150,0 МПа (допустимые 155 МПа) и 93 МПа (допустимые 165,0 МПа). Минимальный коэффициент сопротивления усталости для наиболее опасных зон конструкции составляет 1,81 (минимально допустимый равен 1,5).

6. Установлены минимальные толщины базовых элементов головного вагона снегоуборочного поезда СМ-2, обеспечивающие требования статической и усталостной прочности.

7. Разработаны программа и методика технического диагностирования индивидуальных вагонов снегоуборочного поезда, позволяющие оценить их нагруженность и прогнозировать остаточный ресурс.

8. Теоретически установлено, что срок службы снегоуборочной техники после выполнения КРП составляет не менее 10 лет.

9. Выполненный комплекс исследований на натурных образцах снегоуборочной техники, включающий испытания на соударения и по сбросу с клиньев, показал удовлетворительное согласование теоретических и экспериментальных полученных результатов, максимальное расхождение между ними не превысило 21%.

10. Предложенная автором модернизация существующей конструкции снегоуборочной техники, заключающаяся в замене поворотного выбрасывателя снега на поперечный стационарный, позволила осуществить выгрузку снега по ходу движения. Безопасность выполнения снегоуборочных работ была повышена при внедрении автоматического устройства сигнализации AJICH, предложенного автором диссертации.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук БАЛТАБАЕВ, АБЫЛКАСЕН СЕРДАЛИЕВИЧ, 2012 год

1. Биргер И.А. Техническая диагностика. М.: Машиностроение, 1978. - 234с.

2. Болотин В.В. Ресурс машин и конструкций. М.: Машиностроение, 1996. - 346с.

3. Влияние средних напряжений и деформаций на малоцикловую усталость сталей А-517, А-201/И. Дюбук, И. Ванассе, А. Бирон и др, Труды Американского общества инженеров-механиков, 1970. Конструирование и технология машиностроения, № 1, с.38 - 54.

4. Галлагер Р. Метод конечных элементов. Основы. Пер. с анг. М.: Мир, 1984. -428с.

5. ГОСТ 14782-86. Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Методы ультразвуковые.

6. ГОСТ 25.101-83 Методы схематизации случайных процессов нагружения элементов машин и конструкций, и статистического представления результатов. М.: Госстандарт, 1984. - 12с.

7. ГОСТ 25859-83 Сосуды и аппараты стальные. Нормы и методы расчета на прочность при малоцикловых нагрузках. М.: Госстандарт, 1984. -14с.

8. Данные переписи снегоочистительной техники на 24.12.2010г.-АО «НК «КТЖ».

9. Длин A.M. математическая статистика в технике. М.: Советская наука, 1958. - 466с.

10. Добров Г.М. и др. Экспертные оценки в научно-техническом прогнозировании. Киев.: Наукова думка, 1974. - 159 с.

11. Железнов И.Г., Семенов Г.П. Комбинированная оценка характеристик сложных систем. М.: Машиностроение, 1976. - 54с.

12. Жовинский А.Н., Жовинский В.Н. Инженерный экспресс-анализ случайных процессов. -М.: Энергия, 1979. 112 с.

13. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. М.: Мир, 1975.-541с.

14. Инструкция по ультразвуковому контролю нахлесточных сварных швов. Утверждено ЦВ МПС РФ 03.12.1993.

15. Инструкция по ультразвуковому контролю стыковых сварных швов. Утверждено ЦВ МПС РФ 03.12.1993.

16. Каплун А.Б., Морозов Е.М., Олферьева М.А. ANSYS в руках инженера: Практическое руководство. Изд. 2-е, испр. М.: Едиториал УРСС, 2004. 272с.

17. Когаев В.П., Дроздов Ю.Н. Прочность и износостойкость деталей машин. М.: Высшая школа, 1991. - 319с.

18. Когаев В.П., Махутов H.A., Гусенков А.П. Расчеты деталей машин и конструкций на прочность долговечность: Справочник. М.: Машиностроение, 1985. - 224с., ил.

19. Колмогоров В. J1. Напряжение, деформация, разрушение. М.: Металлургия, 1970. - 230с.

20. Котельников B.C., Анисимов B.C., Зарецкий A.A. Остаточный ресурс грузоподъемных кранов // Безопасность труда в промышленности 1998. -№2.-с.2-4.

21. Котельников B.C., Зарецкий A.A., Короткий A.A., Еремин Ю.А. Концепция оценки остаточного ресурса металлических конструкций грузоподъемных кранов, отработавших нормативный срок службы // Безопасность труда в промышленности 2000. № 10. - с.41-46.

22. Котельников B.C., Зарецкий A.A., Самойлов С.С., Федоров И.Г., Свиридов В.В. Алгоритм оценки выработки грузоподъемным краном нормативного срока службы // Безопасность труда в промышленности 1998. -№ 8. с.38-42.

23. Котуранов В.Н. и др. Нагруженность элементов конструкции вагона. М.: Транспорт, 1991. - 238с.

24. Кравченко Т.К. Процесс принятия плановых решений (информационные модели).-М.: Экономика, 1974. 211с.

25. Кулешов В.В., Сохрин П.П. Расчет остаточного ресурса мостового крана // Безопасность труда в промышленности 2001. № 1. - с.35-51.

26. Махутов H.A. Деформационные критерии разрушения и расчет элементов конструкций на прочность. М.: Машиностроение, 1981. - 272с.

27. Митрофанов A.B., Киченко С.Б.Расчет гамма-процентного ресурса сосудов и резервуаров // Безопасность труда в промышленности 2000. № 9. - с.28-34.

28. Митрофанов A.B., Киченко С.Б.Сравнение результатов расчета оста-точного ресурса резервуата с поверхностными коррозионными дефектами // Безопасность труда в промышленности 2001. № 7. - с.27-28.

29. Мозгалевский A.B., Гаскаров Д.В. Техническая диагностика. М.: Высшая школа, 1975. - 208.с.

30. Неразрушающий контроль и диагностика: Справочник/Клюев В.В., Соснин Ф.Р., Филинов В.Н. и др. под ред. В. В.Клюева. М.: Машиностроение, 1995. - 448 е., илл.

31. Нормы для расчета и проектирования новых и модернизируемых вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных). М.: ГосНИИВ-ВНИИЖТ, 1996 г., 317 с (с дополнениями и изменениями на момент разработки).

32. ОСТ 24.050.37-84 Вагоны грузовые и пассажирские. Методы испытаний на прочность и ходовые качества.

33. ОСТ 26-5-99. Контроль неразрушающий. Цветной метод контроля сварных соединений, наплавленного и основного металла.

34. ОСТ 32.55-96 Система испытаний подвижного состава. Требования к составу, содержанию, оформления и порядку разработки программ и методик испытаний и аттестации методик испытаний. М.: Госстандарт, 1996. - 21с.

35. ОСТ 32.62-96 «Нормы прочности металлоконструкций путевых машин». М: МПС России, 36 с.

36. Петров В.А. Новая система экспресс определения ресурса промышленного оборудования "ОРК" // Безопасность труда в промышленности 1997. - № 8. - с 31-36.

37. Прогностика. Общие понятия. Объект прогнозирования. Аппарат прогнозирования. М.: Наука, 1978. 32с.

38. Пустыльник Е.И. Статистические методы анализа и обработки наблюдений. М.: Наука, 1968. - 288с.

39. Развитие и обобщение методов исследования напряженного состояния несущих элементов вагонов: Отчет/МИИТ; Руководитель работы В.Н. Котуранов. Инв. № Б 601091. - М., 1977. - 59с.

40. Расчет вагонов на прочность /Под ред. Л.А. Шадура/ М.: Машиностроение, 1978. - 432 с.

41. РД 03-421-01. Методические указания по проведению диагностирования технического состояния и определению остаточного срока службы сосудов и аппаратов. М.: Госгортехнадзор России, 2002. 136с.

42. РД 03-606-03. Инструкция по визуальному и измерительному контролю.

43. РД 09-102-95 Методические указания по определению остаточного ресурса потенциально опасных объектов, поднадзорных Госгортехнадзору России. М. - 1995. - 11с.

44. РД 10-112-5-97 Методические указания по обследованию грузоподъемных машин с истекшим сроком службы. М. - 1997. - 54с.

45. РД 10-112-96 Методические указания по обследованию грузоподъемных машин с истекшим сроком службы // Безопасность труда в промышленности 1998. № 4. - с 43-86.

46. РД 10-262-98 Типовая инструкция по контролю металла и продлению срока службы основных элементов котлов, турбин и трубопроводов тепловых электростанций.

47. РД 12-411-01 Инструкция по диагностированию технического состояния подземных стальных газопроводов. М. 2001. - 63с.

48. РД 24.050.37-95 «Вагоны грузовые и пассажирские. Методы испытаний на прочность и ходовые качества.» ГосНИИВ, 1995 г., 102 с.

49. РД 24.050.37-95 Вагоны грузовые и пассажирские. Методы испытаний на прочность и ходовые качества. М.: ГосНИИВ, 1995. - 102с.

50. Румшиский Л.З. Математическая обработка результатов эксперимента. М.: Наука, 1971.- 192 с.

51. Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов. М.: Мир, 1979. -288с.

52. Соколов М.М. Диагностирование вагонов. М.: Транспорт, 1990. - 197с.

53. Соколов М.М. и др. Измерение и контроль при ремонте и эксплуатации вагонов. М.: Транспорт, 1991. - 157с.

54. Соломонов С.А., Попович М.В., Бугаенко В.М. и др. Путевые машины.-М.:Желдориздат, 2000.- 640с.

55. Стоцкая Л.В., Дусье В.Е., Казак С.А. Остаточный усталостный ресурс элементов грузоподъемных кранов // Безопасность труда в промышленности 1997. № 10. - с. 17-21.

56. Те В.М. Прогнозирование остаточного ресурса металлических конструкций мостовых кранов. СПб.: СПБГТУ, 2000. - 22с.

57. Теклин В.Г. Путевые струги. Снегоочистители. Уборочные машины. -М. : Транспорт, 1986.-с.З-4.

58. Теория прогнозирования и принятия решений/ Под ред. С.А. Саркисяна. М.: Высшая школа, 1977. - 157с.

59. Тимошенко С.П., Гудьер Дж. Теория упругости. М.: Наука, 1975. - 576с.

60. ТПМ 001-90 Вагоны грузовые. Ресурсные испытания в режиме много-кратных соударений. Типовая методика и программа. М.: ВНИИВ-ДИИТ, 1990.-21с.

61. Третьяков A.B. и др. Комплекс исследований по продлению срока службы цистерн, находящихся в эксплуатации. Днепропетровск: ДИ-ИТ, 1996. с.21-23.

62. Третьяков A.B. и др. Системный подход при диагностировании вагонов. М.: ЦНИИ ТЭИ ТМ, 1987. с. 12-15.

63. Третьяков A.B. Продление срока службы подвижного состава.-М.: МБА,-2011-304с.

64. Третьяков A.B. Управление индивидуальным ресурсом вагонов в эксплуатации. С-Пб.: ООО "Издательство ОМ-пресс", 2004. - 348с.

65. ТУ А22.06-00.00.00.000 «Капитальный ремонт с продлением срока полезного использования снегоуборочных поездов СМ, СМ-2, СМ-2М, СМ-2Э». АО «НК «КТЖ», 2006г., 30с.

66. ТУ А30.06-00.00.00.000 «Капитальный ремонт с продлением срока полезного использования снегоочистителей двухпутных плужных СДП, СДП-М, СДП-М2». АО «НК «КТЖ», 2006г., 50с.

67. Устич П.А. и др. Надежность рельсового нетягового подвижного состава. М.: ИГ "Вариант", 1999. - 416с.

68. Устич П.А. Надежность вагонов. М.: Транспорт, 1982. - 110с.

69. X. Шенк. Теория инженерного эксперимента.- Пер. с англ.- М.: Мир, 1972. 384с.

70. Хапонен H.A., Худошин A.A., Иванов Г.П., Абрамов В.Ф.Методика комплексного неразрушающего контроля стали у оборудования повышенной опасности // Безопасность труда в промышленности 2001. № 8. - с.34-38.

71. Чигарев A.B., Кравчук A.C., Смалюк А.Ф. ANSYS для инженеров: Справочное пособие. М.: Машиностроение-1, 2004. 512с.

72. Шевченко В.Д., Смирнов А.Н., Пшеничный В.Т. Техническое диагностирование объектов повышенной опасности // Безопасность труда в промышленности 1996. № 10.-с.5-11.

73. Шнейдерович P.M. Прочность при статическом и повторно-статическом нагружениях. М.: Машиностроение, 1968. - 343с.