CC BY
40
^ ОБЩЕТЕХНИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ И ПУТИ ИХ РЕШЕНИЯ
УДК 629.083
Д. Н. Аршинцев, С. В. Толмачев, А. М. Бржезовский
РАЗРАБОТКА УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ СПЕЦИАЛЬНЫХ ВАГОНОВ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ КОМПЛЕКСНЫХ ИСПЫТАНИЙ
Дата поступления: 27.07.2018 Решение о публикации: 29.09.2018
Аннотация
Цель: Разработка условий обращения по сети железных дорог ОАО «РЖД» общего пользования специальных грузовых железнодорожных вагонов, многоосных вагонов-контейнеров и железнодорожных неавтономных секций для перевозки грузов специального назначения. В режиме номинальной загрузки специальные вагоны обращаются в составах эшелонов с отдельным локомотивом, при этом скорости движения таких эшелонов могут быть выше по сравнению со скоростями, установленными действующими нормативными документами ОАО «РЖД» для грузовых поездов. Методы: Оценка условий обращения специального подвижного состава проводится на основе результатов комплексных динамических ходовых и по воздействию на путь и стрелочные переводы испытаний специального подвижного состава по методикам аттестованных испытательных центров с учетом требований ГОСТ Р 55050-2012. Результаты: Установлены условия обращения рабочего парка 8-32-осных специальных железнодорожных вагонов, многоосных вагонов-контейнеров и железнодорожных неавтономных секций. Практическая значимость: Разработан пакет нормативных документов ОАО «РЖД» в форме положений о технических условиях эксплуатации специальных железнодорожных вагонов, транспортеров и секций, предназначенных для перевозки грузов специального назначения.
Ключевые слова: Специальные железнодорожные вагоны, комплексные динамические и по воздействию на путь испытания, допускаемые скорости.
Dmitriy N. Arshintsev, Cand. Eng. Sci., chief of laboratory, 5017@mail.ru; Sergey V. Tolmachev, senior research associate, karst@yandex.ru; * Alexander M. Brzhezovskiy, Cand. Eng. Sci., leading research associate, s_brz@mail.ru (AO "Railway Research Institute") THE DEVELOPMENT OF SERVICE CONDITIONS FOR SPECIAL-PURPOSE CARS BASED ON THE RESULTS OF FULL-SCALE TESTS
Summary
Objective: To develop the conditions of special cargo railway cars, multi-axis container cars and railway non-autonomous multiple unit trains circulation for transportation of special-purpose goods on public railways of OAO "RZhD". The speeds of such trains can be higher in comparison with the speeds established by the existing normative documents of JSC "Russian Railways" for cargo trains. Special-purpose cars in nominal loading mode circulate in a train set with a unit locomotive. Methods: The assessment of conditions of the special-purpose rolling stock circulation was carried out by the results of tests on the line as well as the impact on the track and pointwork in the accredited centers, based on the regulations of GOST R 55050-2012. Results: The conditions for the fleet circulation consisting of 8-32-axle special-
purpose railway cars, multiaxial container cars and non-autonomous multiple unit trains were established. Practical importance: A set of regulatory documents of JSC "Russian Railways" was developed in the form of regulations on technical conditions of special-purpose railway cars, conveyors and multiple unit trains designed for transportation of special purpose freight.
Keywords: Special-purpose railway cars, complex dynamic tests, the impact on the track tests, permissible speed.
С целью допуска на сеть специальных железнодорожных вагонов, вагонов-контейнеров и железнодорожных секций для перевозки грузов специального назначения разрабатываются нормативные документы ОАО «РЖД» - Положения об условиях эксплуатации (ПУЭ). Они устанавливают правила безопасной эксплуатации специального подвижного состава на железнодорожных путях общего пользования колеи 1520 мм с учетом нормативных документов отрасли: Правил технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации (ПТЭ) [1], Инструкции по перевозке негабаритных грузов № ДЧ-1835 [2], Норм допускаемых скоростей движения подвижного состава (распоряжение ОАО «РЖД» от 08.11.2016 г. № 2240р) [3]и др.
Основные положения ПУЭ базируются на результатах габаритных [4-6] и комплексных динамических и по воздействию на путь и стрелочные переводы испытаний [6-10], стационарных и динамических тормозных испытаний и последующих расчетов.
В ПУЭ, как правило, содержится общее описание единицы или сцепа (секции) специального подвижного состава, особенностей конструкции экипажной части подвижного состава, тележек, автотормозов, технических характеристик каждой единицы специального подвижного состава, требования к содержанию и эксплуатации вагонов и автотормозов, порядок подготовки вагонов к перевозке груза и технического осмотра в пути следования, даются условия обращения вагонов и секций в порожнем и груженом состояниях, включая нормы допускаемых скоростей движения в прямых, кривых участках пути и по стрелочным переводам при движении в составе как специального, так и грузового поезда.
К специальному подвижному составу (несамоходному), для которого разрабатываются ПУЭ, относятся, например: вагоны-контейнеры для перевозки отработанного ядерного топлива (ОЯТ); железнодорожные изотермические секции; 4-32-осные транспортеры для перевозки крупногабаритных тяжеловесных несимметричных металлоконструкций и изделий нефтегазового и энергетического оборудования, обладающие высокой степенью заводской готовности.
Вагоны-контейнеры (рис. 1) представляют собой 4-12-осные грузовые вагоны, состоящие из кузова, несущей балки, опирающейся на систему несущих промежуточных балок по схеме «пятник-подпятник», двух концевых балок с автосцепными устройствами, тормозного оборудования. Ходовые части формируются из соединительных балок и комбинаций двух-, трех- и четырехосных грузовых тележек.
Железнодорожные изотермические секции - это сцепы, состоящие из 4-8-осных изотермических вагонов и используемые для перевозки специальных грузов по железным дорогам общего пользования в составах специальных и грузовых поездов. В состав секции могут входить один или несколько изотермических вагонов и вагоны сопровождения. Возможный вариант формирования секции с 8-осными изотермическими вагонами представлен на рис. 2.
Специальные 8-12-осные длиннобазные вагоны (с базой кузова более 14 м) выполняют, как правило, с подвижной хребтовой балкой. В качестве ходовых частей применяются комбинации 2-осных трехэлементных грузовых тележек модели 18-9965 или 4-осные тележки модели 18-9935, сформированные посредством объединения двух 2-осных трехэлементных
00 00
оо
оп оо оо X
го
Л) ^
=1
—I
<
=1
п
Рис. 1. 12-осиый вагон-контейнер унифицированный
О
СП
В
го
X
л ^
X
го
Г) А
ш
ш X
X
го Е го л
Рис. 2. Состав железнодорожной изотермической секции с 8-осными изотермическими вагонами
о
оо оо
Рис. 3. Схема формирования комплекта железнодорожных 4- и 8-осных секций
оп
тележек модели 18-9965 соединительной балкой тележек. Конструктивные особенности, отличающие эти тележки от серийных грузовых тележек, заключаются в наличии диагональных связей боковых рам и гидравлических гасителей колебаний, размещенных в вертикальном направлении параллельно пружинам центрального рессорного подвешивания.
В составы железнодорожных секций включаются один или несколько пассажирских вагонов сопровождения на двухосных тележках моделей 68-4065 и 68-4066.
Для перевозки негабаритных грузов, требующих специальных условий, в части как пропуска через постоянные сооружения железных дорог, так и установления допускаемых скоростей движения, используют комплекты железнодорожных секций. Возможная схема формирования такого комплекта представлена на рис. 3.
Для выявления условий обращения специальных железнодорожных вагонов проводятся приемочные и сертификационные комплексные динамические ходовые и по воздействию на путь и стрелочные переводы испытания, в
рамках которых исследуются, в частности, показатели воздействия на путь и их соответствие критериям установления допускаемых скоростей движения по ГОСТ Р 55050-2012 [7-9].
Комплексные испытания в соответствии с требованиями ГОСТ Р 55050-2012 проводятся, как правило, на участках пути и стрелочных переводах Скоростного испытательного полигона (СИП) АО «ВНИИЖТ» Белоречен-ская-Майкоп Северо-Кавказской железной дороги. В качестве измерительных принимаются прямой участок пути, кривые радиусами 625 и 350 м, стрелочный перевод типа Р65 марки 1/11 на железобетонных шпалах (проект 2750).
На рис. 4 и 5 представлены некоторые результаты статистической обработки показателей динамических качеств груженых 12-осного вагона-контейнера и 8-осного изотермического вагона в составе железнодорожной секции при движении в прямых и кривых участках пути. На них наибольшие рамные силы и коэффициенты динамических добавок во всем диапазоне скоростей движения по измерительным участкам пути не превышали критериальных
0,5
0,45
0,4
s £ го
X
s et
I 0,25
Ol '
0,3
0,2
s -9-em
5 0,15
0,1
0,05
0
0,45
0,65
-0,55 -0,35 -0,15 0,05 0,25
Непогашенное ускорение, м/с2
Рис. 4. Коэффициенты динамики обрессоренных масс в круговой кривой радиусом 350 м: 1 - 12-осный вагон-контейнер унифицированный; 2 - 8-осная железнодорожная
изотермическая секция
34
32
I х
30
28
26
24
22
20
/ 2
У
/
/
/
60
70
80 90 100 110 120 130 Скорость, км/ч
Рис. 5. Рамные силы в прямом участке (обозначения см. рис. 4)
значений, равных соответственно 0,40 от величины статической осевой нагрузки и 0,60 [7].
На рис. 6 и 7 представлены результаты статистической обработки показателей воздействия на путь 12-осного вагона-контейнера и 8-осного изотермического вагона железнодорожной секции. Из приведенных данных следует, что критериальные значения боковой силы и динамических напряжений в кромках подошвы рельса, равные соответственно 100 кН и 240 МПа [7], также не были превышены в исследованном диапазоне скоростей движения.
Как показано на рис. 4, с ростом скорости движения наблюдалось увеличение рамных сил, при этом на скоростях от 90 до 110 км/ч рамные силы были в пределах 28-30 кН. Коэффициенты динамических добавок по вертикальным колебаниям обрессоренных масс в круговой кривой радиусом 350 м (см. рис. 5) возрастали, начиная с равновесной скорости. При отрицательных непогашенных ускорениях характер показателей вертикальной динамики существенно различается, в связи с конструктивными особенностями этих экипажей.
Анализ боковых сил в кривом участке пути в зависимости от непогашенного ускорения показывает незначительные изменения их амплитуд для вагона-контейнера и 8-осного изотермического вагона в диапазоне непо-
гашенных ускорений от -0,45 до 0,35 м/с 2 в кривой радиусом 350 м и от -0,10 до 0,89 м/с2 в кривой радиусом 625 м. Наибольшие динамические напряжения в кромках подошвы рельса (рис. 7) изменяются во всем диапазоне непогашенных ускорений в пределах от 113 до 128 МПа как для вагона-контейнера, так и для 8-осного изотермического вагона; причем наименьшие напряжения зарегистрированы при движении в кривых с равновесными скоростями.
Совместно с экспериментальными данными производились также расчеты устойчивости рельсошпальной решетки от поперечного сдвига по балласту и напряжений на основной площадке земляного полотна [11]. Критериальные значения указанных показателей равны соответственно 1,4 (для пути со щебеночным балластом) и 0,08 МПа [7]. Расчетами пути на прочность установлено, что как для 8-осного изотермического вагона, так и для вагона-контейнера напряжения на основной площадке земляного полотна при движении по пути с рельсами Р65 составили 0,066 и 0,065 МПа соответственно; коэффициенты запаса устойчивости рельсошпальной решетки от поперечного сдвига по балласту не превышали 1,13 для пути на щебеночном балласте.
Таким образом, на основании экспериментальных и расчетных данных были даны следующие рекомендации:
- допускаемые скорости движения вагона-контейнера следует принимать по аналогии с 6-8-осными грузовыми вагонами общесетевого обращения на тележках модели 18-100 со статической осевой нагрузкой не более 22 т в соответствии с действующими нормами допускаемых скоростей движения [3];
- допускаемые скорости движения 8-осного изотермического вагона в прямых участках -не выше 120 км/ч, по стрелочным переводам на боковое направление - 40 км/ч; в кривых участках на пути с типовой конструкцией верхнего строения они определяются нормативом непогашенного ускорения 0,7 м/с 2, но не более 120 км/ч.
95
90
85
х *
i 80 s
и сс
ГО -.га> 75 о х о ш
70
65 60
-0,5 0 0,5 1
Непогашенное ускорение, м/с1
Рис. 6. Боковые силы в круговой кривой радиусом 625 м (обозначения см. рис. 4)
130
-0,5 -0,3 -ОД ОД 0,3
Непогашенное ускорение, м/с2
0,5
0,7
Рис. 7. Динамические напряжения в кромках подошвы рельса в круговой кривой радиусом 350 м (обозначения см. рис. 4)
Библиографический список
1. Правила технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации. - Приказ Минтранса России от 21.12.2012 г. № 286 (с изменениями по приказу Минтранса России от 30.03.2015 г. № 57).
2. Инструкция по перевозке негабаритных и тяжеловесных грузов на железных дорогах государств-участников СНГ, Латвийской Республики, Литовской Республики, Эстонской Республики -ДЧ-1835. - Совет по железнодорожному транспорту государств-участников СНГ. - М. : НПФ «Планета», 2007. - 191 с.
3. О нормах допускаемых скоростей движения подвижного состава по железнодорожным путям колеи 1520 (1524) мм. - Распоряжение ОАО «РЖД» от 08.11.2016 г. № 2240р.
4. ГОСТ 9238-2013. Габариты подвижного состава и приближения строений. - М. : Стандартин-форм, 2014. - 173 с.
5. Львов А. А. Транспортеры для перевозки энергетического оборудования / А. А. Львов, А. М. Брже-зовский // Железнодорожный транспорт. - 1982. -№ 8. - С. 78-79.
6. Лазаренко Ю. М. Динамические качества специализированной платформы для перевозки полуприцепов и контейнеров / Ю. М. Лазаренко, А. М. Бржезовский, В. В. Семерханов // Динамические качества современного подвижного состава и особенности его воздействия на путь : труды ВНИИЖТ. - М. : Транспорт, 1997. - С. 10-27.
7. ГОСТ Р 55050-2012. Железнодорожный подвижной состав. Нормы допустимого воздействия на путь и методы испытаний. - М. : Стандартинформ, 2013. - 16 с.
8. Бржезовский А. М. Нормы допустимого воздействия на путь и методы испытаний подвижного состава / А. М. Бржезовский, А. В. Заверталюк, Ю. С. Ромен // Железнодорожный транспорт. -2015. - № 5. - С. 40-45.
9. Бржезовский А. М. Актуализация норм допускаемых скоростей движения железнодорожного подвижного состава на инфраструктуре ОАО «РЖД» /А. М. Бржезовский, Б. Э. Глюзберг, И. В. Смелянский // Железнодорожный транспорт. -2017. - № 5. - С. 26-33.
10. Бржезовский А. М. Результаты динамических испытаний вагона-контейнера на тележках модели 18-102 / А. М. Бржезовский // Динамические качества современного подвижного состава и особенности его воздействия на путь : труды ВНИИЖТ. -М. : Транспорт, 1997. - С. 68-76.
11. Методика оценки воздействия подвижного состава на путь по условиям обеспечения его надежности, № ЦПТ-52/14. - М. : МПС РФ, 2000. - 38 с.
References
1. Pravila tekhnicheskoy ekspluatatsii zheleznykh dorog Rossiyskoy Federatsii [Railway operating rules of the Russian Federation]. Prikaz Mintransa Rossii ot 21.12.2012 g. no. 286 (s izmeneniyamy po prikazu Mintransa Rossii ot 30.03.2015 g. no. 57). [Order ofthe Russian Federation Ministry of Transportation dated December 12th, 2012, N 286 (as amended by the order of the Russian Federation Ministry of Transportation dated the 30th of March 2015 N 57)]. (In Russian)
2. Instruktsiyapo perevozke negabaritnykh i tyazhe-lovesnykh gruzov na zheleznykh dorogakh gosudarstv-uchastnikov SNG, Latviyskoy Respubliky, Litovskoy Respubliky, Estonskoy Respubliky - DCh-1835 [Instruction on hauling of out-of-gauge and heavy loads on the railroads of member states of the CIS, the Republic of Latvia, the Republic of Lithuania, the Republic of Estonia - DCh-1835]. Sovet po zheleznodorozh-nomu transport gosudarstv-uchastnikov SNG [Railroad transport board of member states of the CIS]. Moscow, NPF (Scientific and Production Firm) "Planeta" Publ., 2007, 191 p. (In Russian)
3. O normakh dopuskayemykh skorostey dvizheniya podvizhnogo sostava po zheleznodorozhnym putyam kolei 1520 (1524) mm [On the norms ofthe rolling stock free speed on 1520 (1524) mm gauge track]. Rasporya-zheniye OAO "RZhD" ot 08.11.2016 g. no. 2240p [OAO "Russian Railways" regulation dated November 8th], 2016, N 2240р]. (In Russian)
4. GOST9238-2013. Gabaritypodvizhnogo sostava ipriblizheniya stroyeniy [GOST9238-2013. Minimum fixed structure and clearance to obstructions]. Moscow, Standartinform Publ., 2014, 173 p. (In Russian)
5. Lvov A. A. & Brzhezovskiy A. M. Transportery dlya perevozky energeticheskogo oborudovaniya [Conveyors for power-generating equipment transportation].
Zheleznodorozhniy transport [Railroad transport], 1982, no. 8, pp.78-79. (In Russian)
6. Lazarenko Y. M., Brzhezovskiy A. M. & Se-merkhanov V. V. Dinamicheskiye kachestva spetsial-izirovannoy platrormy dlya perevozky polupritsepov i konteinerov [Dynamic qualities of a specialized flat car for transportation of trailer-trucks and containers]. Dinamicheskiye kachestva sovremennogo podvizh-nogo sostava i osobennosty yego vozdeistviya na put [Dynamic qualities of the modern rolling stock and specificities of its impact on the track]. Trudy VNIIZhT [Proceedings of VNIIZhT]. Moscow, Transport Publ., 1997, pp.10-27. (In Russian)
7. GOSTR 55050-2012. Zheleznodorozhniy pod-vizhnoy sostav. Normy opustimogo vozdeistviya na put i metody ispytaniy [GOSTR 55050-2012. Railway rolling stock. The norms of acceptable impact on the track and test methods]. Moscow, Standartinform Publ., 2013, 16 p. (In Russian)
8. Brzhezovskiy A. M., Zavertalyuk A. V. & Ro-men Y. S. Normy dopustimogo vozdeistviya na put i metody ispytaniy podvizhnogo sostava [The norms of acceptable impact on the track and the rolling stock test methods]. Zheleznodorozhniy transport [Railroad transport], 2015, no. 5, pp. 40-45. (In Russian)
9. Brzhezovskiy A. M., Glyuzberg B. E. & Sme-lyanskiy I. V. Aktualizatsiya norm dopuskayemykh skorostey dvizheniya zheleznodorozhnogo podvizhnogo sostava na infrastruture OAO "RZhD" [Actualization of the rolling stock free speed norms on OAO "Russian Railways" infrastructure]. Zheleznodorozhniy transport [Railroad transport], 2017, no. 5, pp. 26-33. (In Russian)
10. Brzhezovskiy A. M. Rezultaty dinamicheskykh ispytaniy vagona-konteinera na telezhkakh modely 18102 [The results of container car dynamic tests conducted on 18-102 model car truck]. Dinamicheskiye kachestva sovremennogo podvizhnogo sostava i osoben-nosty yego vozdeistviya na put [Dynamic qualities of the modern rolling stock and specificities of its impact on the track]. Trudy VNIIZhT [Proceedings of VNIIZhT]. Moscow, Transport Publ., 1997, pp. 68-76. (In Russian)
11. Metodika otsenky vozdeistviya podvizhnogo sostava na put po usloviyam obespecheniya yego na-dezhnosty no. ЦПТ-52/14 [Estimation technique of the rolling stock impact on the track based on the conditions of its reliability control, N TsPT-52/14]. Moscow, The Ministry of Railways of the Russian Federation Publ., 2000, 38 p. (In Russian)
АРШИНЦЕВ Дмитрий Николаевич - канд. техн. наук, заведующий лабораторией, 5017@таН. га; ТОЛМАЧЕВ Сергей Владимирович - старший научный сотрудник, karst@yandex.ru; *БРЖЕ-ЗОВСКИЙ Александр Менделович - канд. техн. наук, ведущий научный сотрудник, s_brz@mail. ги (АО «Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта» (ВНИИЖТ)).
