Ученые: есть конструктивные решения, способные увеличить срок службы вагонов
На экономический эффект использования вагонов влияют несколько факторов. Экономическая часть, в отличие от технической, позволяет выбрать величину нормативного срока службы вагонов. Но комплексная оценка жизненного цикла вагона требует еще целого набора дополнительных показателей. Об этом рассказывают ученые Всесоюзного научно-исследовательского центра транспортных технологий (ВНИЦТТ).
Теория
Процедура установления назначенного срока службы (НСС) полностью регламентирована. Более того, работа по увеличению по сравнению с существующими аналогами срока службы обязательна на сегодняшний день, об этом гласит доклад, представленный на ХVIII Международной научно-технической конференции (документ в распоряжении РЖД-Партнера).
«В существующей нормативной документации регламентированы расчетные и экспериментальные способы верификации данного показателя. При этом в зависимости от необходимости проверяется выполнение критериев в части обеспечения запаса сопротивления усталости при многоцикловом и малоцикловом нагружении, запаса прочности или устойчивости, циклической долговечности конструкции. Но эта процедура содержит только подтверждение НСС с точки зрения безопасности», – пишут ученые.
А определение процедуры установления назначенного срока службы не настолько однозначно, добавили они.
«Здесь важно не только увеличить данный показатель, но сделать это рационально. Решение первой части задачи связано с уточнением технических (нормативных) критериев и ответа на вопросы: любой ли элемент конструкции должен иметь срок службы не менее НСС вагона, существует ли набор ключевых определяющих узлов, зависят ли ключевые элементы от типа и конструкции вагона», – перечисляют в ВНИЦТТ.
Вторая часть задачи – из области критериев экономических. В отличие от технических, они позволяют уже не определить, а именно выбрать величину НСС. Получается, нормативный срок службы – не единственный показатель, влияющий на экономический эффект. Ученые настаивают, что на оценку жизненного цикла вагона влияет еще ряд показателей. Единого подхода к определению рациональной величины НСС при разработке новых вагонов пока нет. Ученые предлагают исключить ходовые части, автосцепное и тормозное оборудование из обсуждения, так как они несущественно влияют на срок службы вагона. Объяснение такое: все перечисленные узлы имеют свой срок службы и при необходимости легко заменяются.
Предложено также отбросить составные части металлоконструкций, имеющие срок службы меньше периодичности проведения деповского ремонта вагона. Это, например, крышки люков и обшива полувагонов, эксплуатационное оборудование.
«Время их исправной работы часто определяется случайными факторами, а также воздействиями за пределами нормальной эксплуатации (сверхнормативные нагрузки, повышенная коррозия)», – объясняют в ВНИЦТТ.
Предложено аналогично поступить и с несущими элементами, срок службы которых значительно превышает НСС. Конструкция и параметры таких узлов определены в первую очередь требованиями прочности, настаивают ученые. Третья группа, которую не стоит учитывать в работе, – это элементы, состоящие из несущих ремонтируемых и неремонтируемых узлов. Их восстановление при повреждении невозможно в соответствии с требованиями ремонтной документации.
«Возможно предположить, что и те, и другие должны обеспечивать НСС. Однако при определении достаточного рационального значения срока службы ремонтируемых элементов целесообразно уже рассматривать комплекс технических и экономических критериев», – заявила группа ученых.
Практик
В рамках практической реализации создания подвижного состава с увеличенным НСС рассмотрены конструктивные решения для нескольких типов вагонов: полувагона, хоппера и безрамной цистерны. Для наглядности сравнение решений выполнялось для аналога, имеющего типовой НСС, и нового вагона с увеличенным значением данного показателя.
Шкворневой узел полувагона с разгрузочными люками состоит из большого количества элементов и их соединений, разъясняет группа ученых в своей работе. Изменения конструкции направлены на увеличение сечения верхнего и вертикального листа шкворневой балки для снижения уровня напряжений от вертикальной и продольной нагрузок. Кроме этого, с целью снижения концентрации напряжений использованы дополнительные решения в конструкции соединений верхнего и нижнего листов шкворневой балки с хребтовой. Вторым нагруженным элементом полувагона являются боковые стойки и их соединение с рамой, продолжают они в докладе. Выбор конструктивных решений направлен на изменение конструкции и сечения, а также снижение уровня концентрации напряжений в зоне ее соединения с нижней обвязкой при действии определяющей вертикальной нагрузки.
«Достигнутое в результате фактическое значение срока нового полувагона составило 33 года против 28 лет для аналога при назначенном 32 и 22 года соответственно. С учетом сложного пространственного нагружения шкворневой балки и шкворневого узла вагона-хоппера изменениям в сравнении с аналогом подверглись практически все детали данного узла», – подчеркивается в докладе.
Основной задачей стало снижение напряжений, возникающих в соединениях и приводящих к недопустимым повреждениям хребтовой балки. Второй комплекс усовершенствований коснулся элементов соединения кузова и рамы, наиболее нагруженных при действии продольных нагрузок и повреждаемых в эксплуатации. Предложенные мероприятия гарантировали увеличение срока службы до 34 лет по сравнению с аналогом, имеющем значение указанного показателя на уровне 27 лет, резюмировали ученые.