AGONTA Ltd «АГОНТА» — Транспорт / Экспедирование / Логистика
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Вагоном принято называть несамоходный рельсовый экипаж, предназначенный для тяги локомотивом. Современный парк вагонов состоит из многообразных типов и конструкций, что обусловлено необходимостью удовлетворять основные требования при перевозке: комфорт для пассажиров, сохранность грузов, защиту некоторых из них от атмосферных осадков, возможность механизации погрузочно-разгрузочных работ, движение с высокими скоростями, а также обеспечивать минимальные затраты на постройку, эксплуатацию и ремонт.
По назначению вагоны разделяются на две основные группы — пассажирские и грузовые. К первой относятся вагоны, предназначенные для перевозки пассажиров, вагоны-рестораны, почтовые, багажные и специального назначения (вагоны-электростанции, вагоны тех. служб, вагоны-клубы и др.).
Парк грузовых вагонов состоит из полувагонов, платформ, цистерн, крытых, изотермических (ледников и рефрижераторных) вагонов и вагонов специального назначения.
Вагоны классифицируются: по количеству осей (двух-, четырех-, шести-, восьми и многоосные), габариту, ширине колеи (ширококолейные, узкоколейные), устройству кузова и материалу (цельнометаллические, клепаные, сварные, деревянные и др.
), режиму эксплуатации (общесетевые и промышленного транспорта). Отдельные типы вагонов классифицируются и по другим признакам. Грузовые вагоны различают по нагрузке на ось, на 1 м пути, грузоподъемности, типу тележек, подшипников, наличию переходных площадок и т. д.
Несмотря на разнообразие типов и конструкций, каждый вагон состоит из кузова, рамы, ходовых частей, автосцепных устройств и тормозов. Кузов предназначен для размещения пассажиров или грузов. Он состоит из боковых и торцовых стен, пола и крыши (у закрытых кузовов). Устройство кузова зависит от типа вагона. Рама воспринимает усилия, действующие на вагон. Она состоит из продольных и поперечных балок, жестко соединенных между собой, и является основанием кузова, а во многих современных конструкциях вместе с кузовом представляет единую несущую конструкцию. На раме размещены автосцепные устройства, тормозное оборудование и узлы соединения кузова с кодовыми частями.
Ходовые части служат для плавного движения вагона по рельсовому пути с расчетной скоростью и минимальным сопротивлением.
К ним относятся колесные пары, буксы и рессорное подвешивание. Если у вагонов четыре и более колесных пар, ходовые части объединяются в самостоятельные узлы — тележки. В зависимости от количества колесных пар тележки подразделяют на двух-, трех-, четырех- и многоосные.
Автосцепное устройство предназначено для сцепления вагонов между собой и с локомотивом, а также для передачи и смягчения действия продольных усилий от локомотива к вагону и от одного вагона к другому. Современное автосцепное устройство состоит из автосцепки и поглощающего аппарата. Установлены они с каждой торцовой стороны вагона. Тормоз служит для замедления движения или полной остановки вагона и удержания его на месте. Он состоит из тормозного воздухораспределителя, системы труб, резервуара для сжатого воздуха и рычажной передачи. Все вагоны дорог СНГ оборудованы автоматическими тормозами, а часть дополнительно и ручными тормозами; некоторые пассажирские вагоны — электропневматическими тормозами. Все вновь строящиеся вагоны на подшипниках качения оборудуют стояночным тормозом.
Для перевозки штучных, зерновых и других грузов широкой номенклатуры. | |
| Номер проекта | 066.00.000—05 |
| Технические условия | ТУ24-5—278-75 |
| Модель вагона | 11—066 |
| Тип вагона | 204 |
| Изготовитель | АВ3 |
| Грузоподъемность, т | 66 |
| Масса тары вагона, т | 22 |
| Нагрузка: статическая осевая, кН (тс) погонная, кН/м (тс/м) | 227,5 (22,75) 61,6 (6,16) |
| Скорость конструкционная, км/ч | 120 |
| Габарит | 1-ВМ (0-Т) |
| База вагона, мм | 10 000 |
| Длина, мм: по осям сцепления автосцепок по концевым балкам рамы (длина рамы) | 14 730 13 870 |
| Ширина максимальная, мм | 3 279 |
| Высота от уровня верха головок рельсов, мм: максимальная до уровня пола | 4 688 1 283 |
Количество осей, шт. | 4 |
| Модель 2-осной тележки | 18—100 |
| Наличие переходной площадки | нет |
| Наличие переходной площадки с ручным тормозом | нет |
| Наличие стояночного тормоза | есть |
| Длина кузова внутри, мм | 13 844 |
| Ширина кузова внутри, мм | 2 760 |
| Высота кузова по боковой стене, мм | 2 791 |
| Размеры в свету, мм: дверного проема загрузочного люка в боковой стене загрузочного люка в крыше | 2 000х2 343 690х370 диаметр 400 |
| Объем кузова, м3 до уровня люков полный, с учетом объема крыши | 86,4 120,15 |
Виды и размеры вагонов — новость
В зависимости от конструкции кузова, характера груза, способов нагрузки и выгрузки, а также обеспечения сохранности грузов различают крытые вагоны, полувагоны, платформы, цистерны, вагоны-самосвалы и вагоны бункерного типа.
Крытый грузовой вагон предназначен для перевозки штучных и насыпных грузов, требующих защиты от атмосферных осадков. Кузов такого вагона состоит из рамы с полом, боковых, торцевых стен и крышки. Универсальные крытые вагоны имеют в боковых стенах двери для погрузки и выгрузки, люки для освещения и вентиляции кузова и загрузки сыпучих грузов.
Полувагон предназначен для перевозки навалочных и штучных грузов, не требующих защиты от атмосферных осадков. Полувагоны не имеют крыши, что позволяет полностью механизировать погрузку. Для механизации разгрузки сыпучих грузов большинство полувагонов имеют люки в полу или в нижней части торцевых стен.
Хоппер (англ. hopper — бункер) — разновидность полувагона. Используется для массовых перевозок сыпучих грузов.Для перевозок цемента, зерна и других сыпучих грузов, требующих защиты от атмосферных осадков, применяются крытые хопперы с загрузочными люками на крыше.
Платформа — вагон, предназначенный для перевозки длинномерных грузов, контейнеров, машин, оборудования и сыпучих грузов, не требующих защиты от атмосферных осадков.
Платформы для перевозки контейнеров не имеют бортов и настила пола и оборудованы специальными упорами для крепления контейнеров. Крайние упоры неподвижны, а средние могут убираться, что позволяет размещать на платформе большегрузные контейнеры любых типов. Платформы для перевозки контейнеров и колесной техники дополнительно имеют настил пола и торцевые борта. Платформы для перевозки леса имеют дополнительные специальные стойки и торцевые стены, предот-вращающие смещение груза. Кузов платформы для перевозки легковых автомобилей состоит из верхней и нижней рам, четырех наклонных крайних и двух вертикальных средних стоек, металлического настила пола и направляющего устройства. На торцах предусмотрены откидные площадки для переезда автомобилей. Крепление автомобилей осуществляется специальными упорами.
Вагон-цистерна предназначен для перевозки жидких грузов,сжиженных газов и порошкообразных материалов.
Вагоны бункерного типа — по существу, крытые вагоны или крытые хопперы с той лишь разницей, что на одной раме смонтированы несколько емкостей, предназначенных для перевозки специфических сыпучих грузов (мука, нефтебитум, гранулированные материалы).
Думпкар (англ. dump — опрокидывать, car — вагон) — вагон-самосвал. Он применятся для перевозки и механизированной разгрузки сыпучих и крупнокусковых грузов.
Оставьте ваши контакты и получите лучшее предложение по цене на перевозку
Ваше имя*
Телефон*
Заполняя данную форму, я даю согласие на обработку персональных данных
Основными техническими характеристиками грузового вагона являются: грузоподъемность (нибольшая масса груза, которую можно в нем перевозить), тара (собственная масса порожнего вагона), число колесных пар (число осей), объем кузова, прощадь пола, длина и другие линейные размеры.
Кроме того, используются следующие параметры: удельный объем кузова, удельная площадь пола, осевая нагрузка (нагрузка колесной пары на рельсы), погонная нагрузка на метр пути, коэффициент тары (отношение массы тары к грузоподъемности).
Также ознакомьтесь с нашей услугой по мультимодальным перевозкам.
Оставьте ваши контакты и получите лучшее предложение по цене на перевозку
Ваше имя*
Телефон*
Заполняя данную форму, я даю согласие на обработку персональных данных
Разработка грузовых вагонов — Global Railway Review
Опубликовано: 31 мая 2005 г. | |
Европейские конструкторы грузовых вагонов долгое время руководствовались принципом, что вагоны должны быть пригодны для использования на всех железнодорожных сетях стандартной колеи в Европе. На протяжении более 50 лет Международный союз железных дорог (МСЖД) стандартизировал многие компоненты грузовых вагонов, в частности их ходовую часть, тормозную систему и тяговое устройство1, 2. Это сделано для обеспечения взаимозаменяемости между различными грузовыми вагонами разного происхождения. и собственность, проходящая через Европу. Стандартизация необходима для сопряжения различных вагонов в поезде, т. е. тормозных систем и тягового механизма, но менее очевидна для ходовой части, т.
е. тележек и одноосных подвесок.
Европейские конструкторы грузовых вагонов долгое время руководствовались принципом, что вагоны должны быть пригодны для использования на всех железнодорожных сетях стандартной колеи в Европе. На протяжении более 50 лет Международный союз железных дорог (МСЖД) стандартизировал многие компоненты грузовых вагонов, в частности их ходовую часть, тормозную систему и тяговое устройство1, 2. Это сделано для обеспечения взаимозаменяемости между различными грузовыми вагонами разного происхождения. и собственность, проходящая через Европу. Стандартизация необходима для сопряжения различных вагонов в поезде, т. е. тормозных систем и тягового механизма, но менее очевидна для ходовой части, т. е. тележек и одноосных подвесок.
Европейские конструкторы грузовых вагонов долгое время руководствовались принципом, что вагоны должны быть пригодны для использования на всех железнодорожных сетях стандартной колеи в Европе.
На протяжении более 50 лет Международный союз железных дорог (МСЖД) стандартизировал многие компоненты грузовых вагонов, в частности их ходовую часть, тормозную систему и тяговое устройство 1, 2 .
Это сделано для того, чтобы обеспечить взаимозаменяемость между различными грузовыми вагонами разного происхождения и собственности, курсирующими по Европе. Стандартизация необходима для сопряжения различных вагонов в поезде, т. е. тормозных систем и тягового механизма, но менее очевидна для ходовой части, т. е. тележек и одноосных подвесок.
Хотя эти цели и принципы имеют значительные преимущества в трансграничных перевозках, они также сдерживают развитие грузовых вагонов и – косвенно – конкурентоспособность железнодорожных грузоперевозок. Ходовая часть и ее характеристики особенно важны там, где требуется быстрая ночная транспортировка на большие расстояния и/или улучшенные транспортные качества с точки зрения повреждения груза.
Большинство конструкций ходовой части, используемых на современных грузовых вагонах в центральной, северной и западной Европе, возникли в 19 веке.50-х и 1960-х годов. Ходовая часть представляет собой либо два типа тележек — рычажная тележка или тележка Y25, либо одинарные оси с рычажной подвеской.
Для повышения конкурентоспособности грузовых перевозок по железной дороге желательно увеличить нагрузку на ось, а иногда и скорость. Это означало бы, по крайней мере, в некоторых условиях эксплуатации со стандартной ходовой частью, превышение существующих ограничений по ходовым качествам и усилиям колеса на рельсах.
Не менее важно улучшить ходовые качества, чтобы уменьшить повреждение перевозимых товаров на обычных скоростях и, таким образом, иметь возможность привлечь клиентов, которым требуются транспортные услуги для готовой продукции, требующей особого внимания.
Европейские стандарты, касающиеся необходимых ходовых качеств грузовых вагонов, довольно либеральны в отношении уровней вибрации. Например, в диапазоне частот от 0,4 до 10 Гц допустимые ускорения на полу вагона составляют 5 м/с2 в вертикальном направлении и 4 м/с2 в поперечном 3 . Это для совершенно нового двухосного грузового вагона, который будет испытан в намеренно четко определенных условиях.
Из-за износа и различных условий эксплуатации реальная производительность может ухудшиться и стать хуже. Для высоких частот (выше 10Гц) требований нет вообще.
Легко понять, что такие вибрации могут привести к повреждению некоторых видов чувствительных товаров, которые не очень хорошо упакованы для железнодорожной перевозки. Из-за высоких комбинированных вертикальных и боковых вибраций существует риск перемещения груза по полу вагона, что в конечном итоге может привести к его повреждению.
Развитие общих железнодорожных перевозок в Швеции
С начала 1990-х годов действует крупная государственная программа инвестиций в железную дорогу, в частности в шведскую железнодорожную инфраструктуру. На самом деле, согласно текущим решениям парламента, в течение 2004-2015 годов на улучшение инфраструктуры предусмотрено почти 12 миллиардов евро. Это часть политики будущего «устойчивого» развития в транспортной сфере.
В 1970-х и 1980-х годах объем железнодорожных перевозок в Швеции снижался на протяжении многих лет.
С середины 1990-х годов он снова наверстывает упущенное и в 2002-2003 годах достиг новых рекордных уровней как в пассажирских, так и в грузовых перевозках. В 2003 г. общий объем грузовых железнодорожных перевозок составил около 20 млрд ткм.
В настоящее время обычные грузовые железнодорожные перевозки в Европе осуществляются с максимальной скоростью 80-100 км/ч с максимальной нагрузкой на ось 22,5 тонны. Это также относится к большинству обычных повагонных грузов в Швеции, в частности к пограничным перевозкам, где часто необходимо соблюдать европейский стандарт.
Однако только часть шведских железнодорожных перевозок осуществляется через границу. Из общего объема перевозок (в тонно-километрах) 64% приходится исключительно на внутренние перевозки, а еще 10% приходится на перевозки железной руды специальными маршрутными поездами взамен с Норвегией. Таким образом, примерно 3/4 всего объема железнодорожных грузоперевозок – около 15 миллиардов тонно-километров – приходится либо на внутренние перевозки, либо на специальные трансграничные маршрутные поезда.
Во всех этих внутренних или подобных внутренних грузовых операциях общие международные стандарты не являются обязательными.
Хотя шведские железнодорожные перевозки могут быть более «внутренними», чем в большинстве других стран Европы, значительная часть «внутренних» железнодорожных грузовых перевозок обычно приходится и на большинство других стран, за исключением самых маленьких. Кроме того, во многих случаях трансграничных операций можно достичь взаимных соглашений об использовании нестандартного оборудования или методов.
За последние 5-10 лет был принят ряд мер, направленных на повышение конкурентоспособности железнодорожных грузоперевозок в Швеции. Помимо улучшений, связанных с увеличением пропускной способности железнодорожной инфраструктуры, следует отметить следующее:
- Повышенная нагрузка на ось (25 тонн) на многих поездах и линиях для перевозки тяжелых грузов
- Большой прямоугольный габарит погрузки высотой 4,83 м и шириной 3,6 м на определенных линиях, где это необходимо
- 30-тонная нагрузка на ось в настоящее время внедряется на «линии железной руды» в самой северной части Швеции взамен с Норвегией
Многие отечественные поезда сегодня курсируют с более высокой нагрузкой на ось, чем обычное ограничение в 22,5 тонны, и/или с большей габаритной шириной.
Следует также упомянуть о некоторых более совершенных разработках специальных грузовых поездов:
- Почтовые поезда со специальными двухосными товарными вагонами, движущиеся со скоростью до 160 км/ч, курсирующие по основным городам южной и средней части Швеции
- Специальные вагоны для перевозки бумажных рулонов, обеспечивающие быструю и удобную погрузку и разгрузку, а также уменьшение повреждения бумажных рулонов
Как почтовые поезда, так и специальные вагоны-бумажники оснащены новым типом одноосной ходовой части, обеспечивающей улучшенные ходовые качества. Кроме того, в почтовых поездах скорость необычайно высока. Оба типа поездов обслуживаются грузовым оператором Green Cargo.
Исследования для повышения конкурентоспособности
Частью шведской программы повышения конкурентоспособности железнодорожного сектора является программа исследований и разработок. Эта программа находится в ведении Шведской национальной железнодорожной администрации (Banverket).
В течение 2005 г. финансирование этой программы составило около 10 млн евро. Кроме того, железнодорожная отрасль и другие государственные учреждения также вносят свой вклад в исследования.
Технические исследования проводятся в нескольких шведских научно-исследовательских институтах и технических университетах, крупнейшим из которых является Королевский технологический институт в Стокгольме. Одна из тем — «Эффективные железнодорожные системы для грузовых перевозок», охватывающая экономику, управление и технологии. Важным вопросом является усовершенствование грузовых вагонов и их ходовой части.
Во-первых, проект направлен на изучение динамики поведения грузовых вагонов на пути. Это сделано для трех европейских типов стандартной ходовой части, а также для новых конструкций.
Вторым шагом является анализ и проверка возможных улучшений конструкции, в частности, стандартизированной конструкции, которая в настоящее время доминирует в европейских железнодорожных грузовых перевозках.
Третьей частью этого проекта является исследование причин износа пути и предложение математических моделей для прогнозирования износа.
Улучшенные ходовые качества и ходовая часть
Улучшить динамические характеристики ходовой части грузовых вагонов можно двумя способами:
- С использованием новых конструкций
- Путем улучшения текущих стандартных конструкций
Для внутренних перевозок по замкнутому кругу первый способ может быть наиболее привлекательным, особенно в новых грузовых вагонах. Для международных перевозок с повышенными требованиями к обмену и стандартизации, а также для модернизации большого количества существующих грузовых вагонов предпочтительнее второй путь.
Грузовые вагоны с рычажной подвеской сегодня являются наиболее распространенным типом подвески грузовых вагонов в Европе. В основном он существует уже более 100 лет. Рычажная подвеска используется на так называемых тележках G-типа, как показано на рис.
2. Рычажная подвеска также используется в ходовой части с одной осью. Оба стандартизированы UIC.
Рычажная подвеска имеет довольно простую и прочную конструкцию. Он занимает скромное количество места по вертикали и по бокам. Жесткость и демпфирование обеспечиваются одной системой и должны быть пропорциональны вертикальной нагрузке на буксу, т. е. предполагается, что ходовые качества не зависят от фактической нагрузки вагона.
Исследования KTH сосредоточены на трех областях:
- Испытания звеньевой подвески
- Динамическое моделирование грузовых вагонов с различными параметрами подвески и нагрузки на различных путях, включая различные средства улучшения
- Рельсовые испытания тележек с улучшенной рычажной подвеской и одинарными осями
Первый вопрос исследовательской программы состоит в изучении и объяснении того, как на самом деле ведут себя рычажные подвески, а также в изучении их характеристик, т. е. силы в зависимости от смещения в различных направлениях подвески.
Фактические испытания включают как стационарные испытания на вагонах, так и динамические лабораторные испытания 4 . На рис. 1 показаны примеры боковых характеристик, полученных при стационарных испытаниях.
Наблюдаем типичную характеристику со значительным гистерезисом, обеспечивающую диссипацию энергии, т.е. затухание движений в подвесе. Однако различия в характеристиках между разными случаями значительны. При лабораторных испытаниях обнаружено, что вариации еще больше, в частности, демпфирование гистерезиса уменьшается до очень низких значений после нескольких часов движения.
Стандартная ходовая часть с рычажной подвеской демонстрирует довольно резкие динамические движения, как показано в правилах UIC. Большие различия в характеристиках создают дополнительный риск ухудшения ходовых качеств, хотя часть этих отклонений, безусловно, включена в допуски.
Другая часть исследовательской программы KTH заключалась в том, чтобы изучить, с помощью так называемого «симуляции нескольких тел» (MBS), динамическое поведение подвесных тележек и отдельных осей в различных условиях.
Это было сделано под кодом многокорпусной железной дороги GENSYS. Было выполнено большое количество симуляций с различными параметрами транспортного средства и условиями загрузки при различных скоростях и качестве пути 5, 6 . В частности, исследовалась возможность улучшения ходовых качеств за счет дополнительных амортизаторов, путем добавления фрикционных демпферов, а также гидравлических демпферов. Гидравлическое демпфирование оказалось наиболее эффективным методом общего улучшения ходовых качеств, особенно на скоростях 130 км/ч и выше.
На третьем этапе были проведены путевые испытания грузовых вагонов, оборудованных различными дополнительными гидроамортизаторами, в том числе «нулевой случай» без дополнительных демпферов. Испытывался один четырехосный вагон с тележками двухрычажной подвески, а также двухосный вагон с одинарными осями рычажной подвески. Испытания проводились на скорости до 160 км/ч, иногда до 170 км/ч, в загруженном и тарированном состоянии. Испытания проводились KTH в сотрудничестве с оператором Green Cargo и испытательной компанией Interfleet Technology.
Вагоны были перестроены компанией K-Industrier, а Dellner Dampers поставила амортизаторы.
В целях тестирования вагоны были оборудованы различными амортизаторами в разных местах, как показано на рис. 2; вторичные амортизаторы рыскания, боковые демпферы (работающие частично и в вертикальном направлении) и продольные демпферы. Не все эти амортизаторы всегда необходимы для улучшения ходовых качеств, особенно на более низких обычных скоростях. В общей сложности 12 амортизаторов (иногда всего четыре из них) кажется достаточным для четырехосного вагона, тогда как для двухосного вагона обычно требуется шесть дополнительных амортизаторов. Идет окончательная оценка испытаний, а также окончательная настройка характеристик демпфера.
На рисунке 3 показан пример трех записей измеренного поперечного ускорения на полу кузова двухосного вагона. Скорость 100 и 160 км/ч. Улучшения ходовых качеств довольно существенны.
Выводы
За последние 5-10 лет в Швеции начался ряд мероприятий по развитию грузовых железнодорожных перевозок и грузовых вагонов.
Королевский технологический институт проводит обширные исследования, чтобы узнать, как грузовые вагоны ведут себя динамически при взаимодействии с путями. Изучаются также возможные улучшения ходовых качеств грузовых вагонов. Это важно для возможности перевозки чувствительных грузов без высокого риска повреждения груза. Иногда также важно увеличить скорость из-за необходимости ночных перевозок на дальние расстояния.
Проведенные до сих пор исследования показали возможность существенно улучшить ходовые качества существующих грузовых вагонов с ходовой частью европейского стандарта, как на тележках, так и на двухосных вагонах. Это можно сделать, добавив ряд гидравлических демпферов к обычным конструкциям. Это альтернатива совершенно новым конструкциям, особенно в международных грузовых перевозках с особыми потребностями обмена и стандартизации.
Рисунок 1: Характеристики рычажной подвески значительно различаются между различными испытаниями на разных вагонах. Приведенные выше результаты получены в результате стационарных испытаний в поперечном направлении.
Динамические лабораторные тесты в более определенных условиях демонстрируют более широкий разброс.
Рисунок 2: Тележка с улучшенной рычажной подвеской, оснащенная полной конфигурацией демпфера. В большинстве практических случаев требуется меньшее количество демпферов.
Рисунок 3: Улучшение ходовых качеств обычно очень существенное. Пример, дорожные испытания с двухосным вагоном. Верхний график: боковые динамические ускорения, измеренные на полу кузова «исходного» стандартного двухосного фургона на скорости 100 км/ч. Средний график: поперечное ускорение с 6 дополнительными амортизаторами на скорости 100 км/ч. Нижний график: поперечное ускорение с шестью дополнительными амортизаторами на скорости 160 км/ч.
Ссылки
- Брошюра UIC 510-1. Вагоны – Ходовая часть – Нормализация, 9-е издание, 1995 г.
- Информационный бюллетень UIC 517. Вагоны – Подвеска – Стандартизация, 6-е издание, 1985 г.
- Информационный бюллетень UIC 518. Испытания и одобрение железнодорожных транспортных средств с точки зрения их динамических характеристик, 2-е издание, 2003 г.
- Jönsson P-A.: Моделирование и лабораторные исследования подвесок грузовых вагонов с учетом динамического взаимодействия транспортного средства и пути, TRITA AVE 2004:48, дипломная работа, Отдел железнодорожных технологий, Королевский технологический институт (KTH), Стокгольм, 2004 г.
- Штихель С.: Ходовые качества железнодорожных грузовых вагонов с одноосной ходовой частью – Параметрическое исследование, TRITA FKT 1998:40, Отдел железнодорожных технологий, Королевский технологический институт (KTH), Стокгольм, 1998.
- Jönsson P-A., Andersson E.: Влияние характеристик рычажной подвески на боковую динамику грузового вагона, 6-я Международная конференция по железнодорожным тележкам и ходовой части, Будапешт, Венгрия, 13-16 сентября 2004 г.
Расчет конструкции составного грузового вагона
4 июля, в День независимости США, я представил свою курсовую работу. В документе предложен грузовой вагон для массовых грузов, изготовленный из композитных материалов с акцентом на легкий корпус.
Вагон был определен как навалочный тип, потому что, как всем известно, Бразилия является крупным производителем сои, сахара и многих видов зерна.
С помощью метода конечных элементов (МКЭ) были проанализированы три конструктивных решения составного грузового вагона. МКЭ — это способ анализа геометрической модели конструкции без необходимости проведения экспериментальных испытаний. Таким образом, принимая во внимание тот факт, что композитный грузовой вагон не является идеализированным проектом, МКЭ представляет собой интересный инструмент для тестирования различных типов устройств без необходимости создания прототипа.
Первоначально была предложена новая геометрия кузова вагона с более низкой концентрацией напряжений, позволяющая использовать композитные материалы со сложной геометрией. Первая конструктивная схема характеризуется тем, что представляет собой монокок из композитов без какой-либо конструкции. Вторая компоновка имеет балки вдоль стенок вагона (представленные балочными элементами).
А третье расположение имеет структурные полости из композитных материалов.
Был выполнен статический структурный анализ, и граничные условия были основаны на стандарте AAR. Критерии отказа не были основаны на AAR, в силу того, что он предусматривает только металлические вагоны. Затем в качестве критерия отказа использовали стандарт DNV. DNV является стандартом для скоростных лодок из композитных материалов. В качестве критерия DNV устанавливает 0,3 от предельного напряжения композитного слоя, поэтому этот критерий был принят при анализе как проектное напряжение композитного вагона.
В трех конструктивных решениях использовался многослойный материал. Где по краям находится волокнисто-смоляной слой, а между слоями размещен конструкционный пенопласт (инерционный сердечник). Толщину пенопласта поддерживали на постоянном уровне (50 мм). И толщину слоя волокнистой смолы варьировали до тех пор, пока продольные напряжения не были ниже проектного напряжения (0,3 от предельного напряжения , DNV).
Кроме того, одно направление волокон было определено в трех структурных схемах 9.0153 .
После проведения анализа результаты были сопоставлены, и третье структурное устройство дало наилучшие результаты (устройство структурных пещер). В то время как первое структурное устройство имело толщину 13 мм в каждом композитном слое, устройство с углублениями имело толщину 2 мм. Эти толщины повлияли на конечный вес вагона. Окончательный вес вагона был рассчитан путем добавления веса составного фургона к весу стальной центральной балки, тележек, колес, тормозной системы и тяговой системы (веса взяты из каталогов).
После этих сравнений была проведена дискуссия о том, как изготовить в конечном итоге композитный вагон для массовых грузов, и о связанных с этим проблемах. Среди основных проблем можно отметить объединение люков, бункеров и центральной балки с кузовом из композитных материалов. Некоторые из этих проблем были решены IBCom (Бразильский институт композитов) и Сергеевым (2014).
Кроме того, обсуждались другие виды разрушения композитов. В качестве примера можно привести разрушение полимерной матрицы УФ-излучением, влагой и морским воздухом. Эти виды отказов уже прогнозируются в других отраслях промышленности и решаются с помощью добавок смолы. Предсказуемость усталостного разрушения составного вагона может быть получена на основе данных о динамических нагрузках, воздействующих на кузов вагона.
Кроме того, некоторые расценки на материалы были сделаны для композитного вагона-насыпного груза с учетом третьего конструктивного исполнения . Кроме того, для сравнения была оценена стоимость стального листа вагона GBMX HTT. Вагон HTT был выбран потому, что он имеет такую же грузоподъемность, как и рассматриваемый составной вагон. Котировки производились на ABCOL, GERDAU и на сайте E-composites. В котировках менялись два типа смолы (эпоксидная и полиэфирная) и два типа инерционного сердечника (ПЭТФ и пенополивинилхлорид).
Можно ли увидеть в котировках, что более низкая цена вагона была с использованием полиэфирной смолы и пенополиэтилена.