автореферат диссертации по транспорту, 05.22.08, диссертация на тему:Исследование и разработка мероприятий по повышению безопасности перевозок наливных грузов

СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

'О

\

V

а1*

-С-Л'*

На правах рукописи

ЧЕРНЯКОВ Сергей Валерьевич

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ БЕЗОПАСНОСТИ ПЕРЕВОЗОК НАЛИВНЫХ ГРУЗОВ

Специальность 05.22.08 - Эксплуатация железнодорожного транспорта (включая системы сигнализации, централизации и блокировки)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск 1999

Работа выполнена в Сибирском государственном университете путей сообщения.

Научный руководитель: , д.т.н., профессор А.М. Островский

Научный консультант: к.т.н. A.B. Христолюбов

Официальные оппоненты: д.т.н., профессор H.H. Ибрагимов

к.т.н., доцент М.В. Монастырный

Ведущее предприятие: Западно-Сибирская железная дорога.

Зашита состоится " ЯНВАРЯ 2000 г. на заседании диссерта-шонного совета К.114.02.02 в Сибирском государственном университете путей :ообщения по адресу: 630049, г. Новосибирск, ул. Дуси Ковальчук, 191.

ау$226 g /ОУ>

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СГУПС.

Автореферат диссертации разослан "„?/" 1999 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук, профессор ^В.А. Грищенко

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

1.1. Актуальность проблемы. За период с 1990 по 1995 г. несмотря на общее падение объемов перевозок удельный вес перевозок нефтеналивных грузов увеличился с 11,5% до 14,5%. В абсолютных цифрах общая погрузка нефтеналивных грузов на железных дорогах России возросла за пять месяцев 1999 года (по сравнению с аналогичным периодом предыдущего) почти на 3 %.

Сегодня на транспортном рынке разворачивается жесткая конкуренция. Она усиливается даже там, где железные дороги традиционно удерживали крепкие позиции. Внутренние перевозки нефтеналивных грузов - это резерв, который нельзя упустить на другие виды транспорта и тем самым потерять. Наряду с внедрением более гибкой тарифной политики железным дорогам следует ответить на усиление конкуренции повышением качества перевозок и эффективности использования парка подвижного состава. В сегодняшних условиях ограниченности капитальных вложений и оборотных средств задачи оптимизации имеющихся технических и материальных ресурсов приобретают особо важное значение. Назрела острая необходимость в решении задач, направленных на повышение качества железнодорожных перевозок.

Правила перевозок жидких грузов наливом в вагонах-цистернах и бункерных полувагонах действуют на сети железных дорог с 1966 г. За этот период вагонный парк пополнился новыми моделями вагонов-цистерн с увеличенным удельным объемом котла; значительно выросла номенклатура перевозимых веществ, различных по своим физико-химическим свойствам, многие из которых представляют опасность для человека и окружающей природной среды. Транспортировка таких грузов требует соблюдения целого ряда специальных условий перевозки и требований, выдвигаемых как к самим грузам, так и к подвижному составу.

Известно, что безопасность перевозок наливных грузов обеспечивается:

- созданием условий транспортирования, при которых жидкость гарантированно не имеет путей выхода за пределы котла вследствие теплового расширения или негерметично закрытой крышки колпака котла цистерны. Внедрение научно обоснованных дифференцированных норм налива нефти и нефтепродуктов позволяет создать такие условия;

- обеспечением динамической устойчивости вагонов-цистерн от опрокидывания и схода с рельсов. Однако при заполнении котла в соответствии с дифференцированными нормами налива в отдельных случаях предусматривается недолив. Наличие свободной поверхности жидкости в котле влечет за собой колебания груза в процессе перевозки. Эти колебания, в свою очередь, могут оказывать влияние на динамику цистерны.

Таким образом, безопасность при перевозках наливных грузов обеспечивается научно обоснованными нормами заполнения вагонов-цистерн с учетом тем-

пературных режимов перевозки, а также с учетом влияния динамических нагрузок на размещение жидкости в котле цистерны при движении поезда.

В соответствии с этим актуальной прикладной задачей являются составление расчетных схем по оценке поперечной устойчивости цистерны и разработка мероприятий по повышению безопасности при перевозках наливных грузов.

1.2. Цель работы заключается в изучении влияния недолива на динамическую устойчивость вагонов-цистерн, а также в оценке безопасности движения цистерн, загруженных в соответствии с дифференцированными нормами налива нефти и нефтепродуктов.

Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие

задачи:

- анализ зарубежного и отечественного опыта по вопросам обеспечения безопасности перевозок наливных грузов;

- систематизация и анализ данных по технической характеристике вагонов-цистерн, эксплуатируемых на Российских железных дорогах;

- разработка методики оценки динамической устойчивости цистерн с неполным наливом от опрокидывания и схода с рельсов;

- разработка методики проведения экспериментальных работ, проведение экспериментов, анализ полученных результатов;

- разработка мероприятий, направленных на повышение уровня безопасности перевозок наливных опасных грузов;

- оценка технико-экономической эффективности разработанных мероприятий.

1.3. Методика исследования. Работа основана на теоретических и экспериментальных исследованиях, анализе и обобщении отечественного и зарубежного опыта перевозок наливных грузов.

Методической основой моделирования процессов перевозки наливных грузов явилось использование основных положений теоретической механики, математической статистики и теории вероятностей.

Вычисление параметров устойчивости выполнялось с применением вычислительной среды MathCad 8.0.

Достоверность полученных результатов оценивалась сравнением расчетных данных с данными, полученными в ходе натурных экспериментов, опытных перевозок, а также путем сопоставления с данными исследований ВНИИЖТ по вопросам динамической устойчивости цистерн.

1.4. Научная новизна. Составлены расчетные модели поперечной устойчивости цистерны с учетом возникающего поперечного ускорения и деформации рессор при прохождении цистерной стрелочного перевода, а также движении по кривым участкам пути с учетом возвышения наружного рельса. На их основе поручены аналитические зависимости для определения угловой скорости колеблю-

щейся жидкости относительно стенки котла, опрокидывающего и удерживающего моментов, действующих на цистерну. Указанные зависимости позволяют оценить поперечную устойчивость цистерны при различных степенях заполнения котла.

1.5. Практическая ценность работы. Разработаны и могут применяться при анализе адекватных аварийных ситуаций методики расчета на устойчивость цистерн от опрокидывания и схода с рельсов при прохождении стрелочных переводов и движении по кривым участкам пути.

Разработаны конкретные мероприятия по повышению сохранности перевозимых нефтепродуктов, отвечающие требованиям безопасности перевозок.

1.6. Реализация результатов работы. По результатам исследований применительно к конкретным климатическим условиям Восточной Сибири и Дальнего Востока разработан, подготовлен к внедрению и представлен на утверждение в МПС России проект дифференцированных норм налива нефти и нефтепродуктов.

1.7. Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и были одобрены на научно-практической конференции "Транссиб-99" (Новосибирск, 1999 г.), научно-практической конференции, посвященной 100-летию Красноярской железной дороги (Красноярск - Новосибирск, 1999 г.), отраслевой научно-технической конференции "Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта и роль молодых ученых в их решении" (Ростов-на-Дону, 1998 г.), научно-практической конференции "Опыт взаимодействия вузов и железных дорог в научно-технической прогрессе и подготовке специалистов" (Самара, 1998 г.), на научно-технических конференциях Сибирского государственного университета путей сообщения (1995, 1997 г.г.).

1.8. Публикации. Основные результаты работы содержатся в 2 отчетах о НИР, 12 статьях, одном патенте на изобретение (патент РФ № 2138414).

1.9. Структура работы. Диссертация состоит из 4 разделов, основных выводов и рекомендаций, списка литературы, содержащего 60 наименований, 3 приложений; содержит 200 страниц машинописного текста, 78 таблиц, 54 рисунка.

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

2.1. Анализ международного опыта и отечественных разработок по совершенствованию перевозок наливных грузов

В первой главе произведен анализ международного и отечественного опыта по вопросам, связанным с обеспечением безопасности перевозок наливных грузов. Рассмотрена структура объемов перевозок опасных грузов на европейских железных дорогах, приведен перечень организационно-технических мероприятий, направленных на повышение уровня безопасности перевозок. Проанализированы статистические данные по количеству аварий и инцидентов с опасными грузами на железных дорогах Европы и США. Кроме того, отмечены перспективные направления развития таких перевозок, в частности:

- совершенствование нормативов и регламентов по данному вопросу путем установления единой нормативной базы, а также унификации требований ко всем объектам перевозки (внедрение Правил RID на всех европейских железных дорогах, придание статуса Типовых правил Рекомендациям ООН по перевозке опасных грузов);

- совершенствование конструкции подвижного состава, гарантированно обеспечивающей надежность перевозки;

- создание оптимальных условий для безопасной транспортировки грузов путем глубокой специализации подвижного состава по роду перевозимого груза (например, во Франции железным дорогам принадлежат 350 вагонов-цистерн и в то же время 19000 вагонов-цистерн являются частными и предназначены для перевозки какого-либо одного вида груза).

Произведен анализ работ по повышению безопасности перевозок наливных опасных грузов в нашей стране. Выявлены особенности конструкции отечественных вагонов-цистерн, а также особенности условий перевозок наиболее массовых наливных грузов, вызванные причинами географического и климатического характера.

Проанализированы работы С В. Вершинского, Ю.М. Черкашина, М.Ф. Ве-риго, A.A. Долматова, H.H. Кудрявцева, посвященные исследованиям динамической устойчивости цистерн.

Кроме того, выполнен анализ данных по технической характеристике вагонов-цистерн, эксплуатируемых в настоящее время на сети железных дорог России. Установлено, что цистерны моделей 15-1547 (четырехосная) и 15-1500 (восьмиосная) имеют наиболее высоко расположенные центр тяжести в груженом и порожнем состоянии, а таюке продольную ось котла; наибольшие значения удельного объема котла (отношение полного объема к максимальной грузоподъемности). Как следствие, конструкция цистерн указанных моделей имеет меньшую степень динамической устойчивости по сравнению с другими моделями подвижного состава, предназначенного для перевозки наливных грузов.

2.2. Теоретическое исследование факторов, влияющих на безопасность перевозок наливных грузов

Наливной груз, подвижной состав и железнодорожный путь представляют собой единую механическую систему, в которой они взаимодействуют, находясь в зависимости друг от друга. Назначение пути и ходовых частей в этой системе -направлять движение вагона, обеспечивать для него непрерывную устойчивую опору с минимальными сопротивлением движению и колебаниями подвижного состава.

В реальных условиях рельсы и колеса имеют неровности на поверхностях катания, а также некоторые другие технические особенности (кривизна пути, конусность поверхностей катания колес и др.), в результате чего в элементах цистерны возникают различные колебания, передающиеся жидкости в котле. Энергия локомотива затрачивается не только на поступательное полезное перемещение вагонов, но и на преодоление сил трения, возбуждение колебаний, также вызывающих перемещение наливного груза относительно стенок котла. Колебания жидкого груза, в свою очередь, передаются цистерне и оказывают влияние на ее динамику.

Основная задача исследования динамических процессов в системе "жидкость - цистерна - путь" заключается в установлении критериев для оценки устойчивости цистерны против опрокидывания, схода с рельсов и выжимания из состава поезда.

Ввиду того, что наиболее частым и опасным видом колебаний являются боковые, особое внимание уделено исследованиям поперечной устойчивости цистерны с неполным наливом при прохождении стрелочных переводов и движении в кривых участках пути.

В плане общей постановки задачи расчетная схема выглядит следующим образом.

Цилиндрический котел цистерны, имеющий радиус г, частично заполнен жидкостью массой т, которая в сечении имеет вид сегмента круга с центральным углом 2а. Ось котла расположена на высоте Н от уровня головок рельсов. Масса тары вагона равна тв и его центр масс имеет высоту к от уровня головок рельсов. Вследствие случайного внешнего воздействия вагон приобретает поперечное ускорение ад. Необходимо рассмотреть движение жидкости в котле с тем, чтобы определить силы давления колес на рельсы и оценить устойчивость цистерны.

Будем считать, что цистерна имеет боковое ускорение ап, одинаковое для всех ее точек. В дальнейшем в течение некоторого отрезка времени это ускорение остается постоянным. При этом жидкость приходит в движение относительно котла. Чтобы определить крайнее отклоненное положение жидкости, применим к ней теорему об изменении кинетической энергии системы в относительном движении

Tr-Tr0=2:A(FK) + ZA(O;),

(2.1)

т.е. приращение кинетической энергии системы в относительном движении равно сумме работ внешних и внутренних сил, а также переносных сил инерции. В формуле (2.1) уже учтено, что для идеальной жидкости работа внутренних сил равна нулю. Работа кориолисовых сил инерции в относительном движении всегда равна нулю, так как кориолисовы силы инерции перпендикулярны относительным скоростям частиц.

Ускорения сил тяжести и переносные ускорения для всех частиц жидкости одинаковы, поэтому их работу можно найти как работу соответствующих равнодействующих, приложенных в центре масс жидкости

Тг - Т„ = A(mg) + А(Ф°), (2.2)

где mg и Фä = - mап - равнодействующие сил тяжести и переносных сил инерции.

В начальном равновесном положении жидкости и в наиболее отклоненном от него положении относительные скорости частиц равны нулю, следовательно, равны нулю кинетические энергии.

В первом приближении будем считать, что в плоскости поперечного сечения сегмент жидкости повернется на угол <р0, а линия его свободной поверхности останется прямой. Тогда работы сил тяжести и переносных сил инерции вычисляются по формулам

A(mg) = - ш g hc(l - cos ф0); А(Ф°) = m anhcsm<p0, (2.3)

где hc - расстояние от центра круга до центра масс однородного кругового жидкого сегмента.

Подставив (2.3) в уравнение (2.2), после несложных преобразований находим зависимость максимального угла <ро от поперечного ускорения .

Фо = 2arctg—. (2.4)

о Ö

В дальнейшем жидкость будет колебаться в цистерне. Определим ее относительную угловую скорость, для чего рассмотрим произвольное положение жидкости, определяемое углом <р. При этом предположим, что форма элемента не меняется, он вращается как твердое тело относительно оси котла. Применяя теорему об изменении кинетической энергии жидкости в ее относительном движении из наивысшего положения в данное, угловую скорость жидкого сегмента как функцию угла (р представим в виде

Jo

(2.5)

где ]0 - момент инерции жидкого сегмента относительно продольной оси

котла.

По данным исследований Ю.М. Черкашина при боковых колебаниях цистерны жидкость в ней условно можно разделить на две части. Основная масса совершает движения близкие к маятниковым и характеризуется вышеопределенными параметрами. Верхний небольшой слой, характеризующийся приведенной массой, совершает волновые колебания и имеет скорость относительно стенок котла, отличающуюся от скорости в остальной части.

Эмпирическая зависимость отношения приведенной массы к массе всей жидкости от степени заполнения котла, приведенная в исследованиях Ю.М. Черкашина, дает возможность определить величину приведенной массы

где К - коэффициент заполнения цистерны (отношение объема груза к полному объему котла).

Динамика приведенной массы жидкости создает дополнительную боковую силу, которую необходимо учитывать.

При условии, что масса всей жидкости воздействует на стенку котла с силой таа, динамическая добавка к этой силе только от колебаний верхнего слоя кидкости составит

где кд. - коэффициент горизонтальной (поперечной) динамики. Для определения реакций рельсов применим принцип Даламбера, рассматривая целиком вагон-цистерну с жидкостью (рис. 2.1). Указываем силы тяжести загона твg и жидкости тg, их переносные силы инерции ШцОц и man, горизонтальные Qi, Q2 и вертикальные Л'/, N2 реакции рельсов. Кроме того, прикладываем главный момент сил инерции жидкости относительно оси котла М J =Jo£, центробежную силу инерции жидкости за счет относительного осестремительного ускорения mhcco2 и вращательную силу инерции жидкости mhce.

Будем учитывать, что при движении поезда вагоны кроме поперечных ус-орений испытывают и вертикальные ав, то есть на элементы вагона и груз дейст-уют вертикальные силы инерции, периодически то загружающие, то разгружаю-дие тележки, а следовательно и рельсы.

Кроме того, при неблагоприятном стечении внешних факторов, на вагон-истерну может воздействовать ветровая нагрузка W„, направленная перпендику-ярно оси пути. Она создает дополнительный опрокидывающий момент.

Щпр = 1,54 ■ К (1 -К)т,

(2.6)

¥л = тпр ап к,

"дг>

(2.7)

Силы, действующие на вагон-цистерну с грузом

Рис. 2.1

С учетом отмеченных положений формула для определения реакций рельсов принимает вид

^ _ (тв + т)^ -ав)Ь - (твЬ+ тН)ап + т11ссо2(Ьсо5ф- Нзтф) 1 2Ь

т11се(Ьзт<р + НсоБф) -10£ - РДНД -+ _

^ _ (шв+т)(д-ав)Ь + (твЬ + тН)ап+тЬссо (Ьсобф + Н этф) 2 2Ь +

т1гсЕ(Ьзтф - НсоБф) + 10е+ РДНД + WПH

+ __

(2.8)

Формулы (2.8) при поинтервальном изменении угла (р позволяют оценить перераспределение нагрузки на рельсы. Изменения вертикальных реакций /V/ и М: в зависимости от отклонения центра тяжести жидкости от <р=0 до щ=0,207 рад. представлены на рис. 2.2, 2.3 (цистерна модели 15-1547, степень заполнения котла К-0,8, плотность груза /т=800 кг/м"\ поперечное ускорение ап= 1 м/с2).

Изменение реакции N1, Н, в зависимости от угла отклонения жидкости ср, рад.

ф

Рис. 2.2

Изменение реакции N2, Н, в зависимости от угла отклонения жидкости (р, рад.

ф

Рис. 2.3

Анализ графиков позволяет сделать вывод, что реакция N1 приобретает минимальное значение, а реакция N2 - максимальное при нахождении жидкости в файнем отклоненном положении, то есть когда <р = сро. Следовательно, такое по-южение жидкости является наиболее неблагоприятным при оценке динамической стойчивости цистерны.

Устойчивость цистерны от опрокидывания можно охарактеризовать коэффициентом поперечной устойчивости, который выражается через отношение держивающего и опрокидывающего моментов

Мопр

(2.9)

Очевидно, что для того, чтобы цистерна не потеряла устойчивость в поперечном направлении, удерживающий момент должен быть больше опрокидывающего, то есть г] > 1,0. Однако, принимая во внимание случайный характер возмущений, действующих на цистерну со стороны пути, представляется целесообразным принять для дальнейших расчетов нормативную величину коэффициента запаса поперечной устойчивости цистерны от опрокидывания не менее 1,25:

[Л] =1,25.

(2.10)

Выбор в качестве критерия оценки устойчивости цистерны такой величины, как угол боковой качки кузова за счет деформации рессор после проведения расчетов был признан нецелесообразным. Значение критического угла наклона кузова, соответствующее безразличному равновесию (или началу потери устойчивости), для цистерны модели 15-1547 составило вкр=13,9°. Рассчитанные зависимости фактического угла боковой качки в от степени заполнения котла К и массы груза т при заведомо завышенной величине поперечного ускорения ап= 1 м/с2 для цистерны модели 15-1547 приведены на рис. 2.4 и в табл. 2.1. Результаты показывают, что критическое значение в значительно превышает фактические.

Влияние степени заполнения котла К грузом фиксированной плотности на угол поперечного наклона кузова вагона-цистерны в

о,а

град.

0,2 0,5

—•— Плотность груза S00 кг куб.м

0,8 К 1

-Плотность груза 900 кг/куб.м

Рис. 2.4

Таблица 2.1

Соотношение массы груза т и угла поперечного наклона кузова в

Степень заполнения котла Плотность Г] руза 800 кг/м3 Плотность груза 900 кг/м3

Масса груза, т Угол наклона кузова, градусы Масса груза, т Угол наклона кузова, градусы

0,2 . 0,5 0,8 1,0 13.7 34,2 54.8 68,5 0,29 0,46 0,63 0,69 15.4 38.5 61.6 77,0 0,29 0,52 0,69 0,74

На основании полученных результатов сделан вывод, что характеристики рессорного подвешивания обеспечивают динамическую устойчивость цистерн, то есть, реальное значение величины угла боковой качки не является определяющим при оценке поперечной устойчивости цистерны от опрокидывания.

В диссертации оценивалась устойчивость цистерны в момент прохождения стрелочного перевода. При этом составлялась динамическая расчетная схема с учетом деформации рессор, позволившая получить формулы удерживающего и опрокидывающего моментов. Коэффициент запаса поперечной устойчивости цистерны г] оценивался по соотношению этих моментов в соответствии с выражением (2.9). Проанализировано влияние степени заполнения котла К на коэффициент запаса поперечной устойчивости цистерны. Установлено, что при прочих равных условиях коэффициент т/ принимает минимальные значения в диапазоне заполнения котла К = 0,6 ... 0,8. При таком заполнении котла угроза опрокидывания цистерны возникает под действием поперечного ускорения 2 м/с2 и выше.

Кроме того, получены формулы удерживающего и опрокидывающего моментов при движении цистерны по кривому участку пути. По результатам расчетов построены зависимости г](К) при различных радиусах кривизны пути, анализ которых позволил отметить, что возвышение наружного рельса в кривой дает возможность снизить значения непогашенного поперечного ускорения и тем самым повысить устойчивость цистерны от опрокидывания.

В практике эксплуатации железных дорог также имели место случаи, когда при неблагоприятном сочетании сил, действующих на колесную пару, гребень одного колеса въезжал по боковой грани головки рельса на его поверхность катания, что приводило к крушению.

Вкатывание гребня колеса на наружный рельс кривой происходит обычно из-за обезгрузки колес вследствие одностороннего опирания кузова на скользуны, боковой качки вагона на неровностях пути или при затрудненном вписывании тележки в кривую, когда рамная сила становится настолько большой, что колесо начинает подниматься над поверхностью рельса, опираясь на выкружку головки, а вертикальная нагрузка от вагона О на шейку колесной пары не может преодолеть силу выдавливания и прижать колесо обратно к поверхности катания головки

рельса. Чем меньше радиус кривой, больше неровности на пути и выше скорость движения, тем выше вероятность вкатывания гребня колеса на головку рельса.

В диссертации представлена расчетная схема колесной пары, набегающей на рельс под небольшим углом, и действующие на нее силы. На основании указанной схемы получена формула для оценки коэффициента запаса устойчивости колеса от вползания гребня на головку рельса Ку. Анализируя результаты вычислений Ку, отмечено, что вероятность схода цистерн с малым остатком груза выше, чем заполненных, что полностью совпадает с выводами Ю.М. Черкашина.

2.3. Экспериментальное исследование динамической устойчивости цистерн

На основании анализа данных теоретических исследований установлено, что поперечная устойчивость цистерн от опрокидывания обеспечивается в реальных условиях эксплуатации. В то же время динамическая устойчивость по условию невползания гребня колеса на рельс в ряде случаев является недостаточной. Следовательно, данный фактор, как потенциально более опасный, нуждается в экспериментальной проверке в первую очередь.

Для проведения экспериментов был сформирован опытный состав, состоящий из локомотива ЧМЭ-3, цистерны модели 15-1547 на тележках ЦНИИ-ХЗ и пассажирского вагона-лаборатории.

Во время динамических испытаний на опытной единице подвижного состава регистрировались:

- динамические добавки вертикальных нагрузок надрессорных (шкворневых) балок тележек;

- горизонтальные (поперечные) силы, действующие от колесных пар на боковые рамы тележек (рамные силы);

- вертикальные динамические прогибы рессорных комплектов;

- вертикальные ускорения кузова;

- горизонтальные (поперечные) ускорения кузова.

Для этой цели были выбраны два опытных участка, один из которых находился на прямой, другой - в кривой радиусом 625 м.

Во время экспериментов предусматривалось поинтервалъное снижение степени заполнения котла цистерны (груз - вода). При проведении каждого опыта экспериментальный состав делал по 20 заездов со скоростями 20, 40, 60 и 80 км/ч. Всего на каждом участке пути было сделано около 80 заездов.

Оценка динамической устойчивости цистерны по условию невползания ■ребня колеса на рельс производилась расчетно-экспериментальным путем, исходя из допускаемого значения коэффициента запаса устойчивости колесной пары.

При подсчете коэффициента запаса устойчивости для каждой степени за-юлнения котла принимались замеренные при данной скорости максимальные ко->ффициенты вертикальной динамики и максимальные рамные силы.

На рис. 2.5 представлены графики изменения коэффициента запаса устойчивости колеса в зависимости от степени заполнения котла цистерны при различных скоростях.

Таким образом, основным критерием безопасности движения колеса цистерны по рельсу необходимо считать коэффициент Ку, величина которого при подстановке максимально вероятных боковых и минимальных вертикальных сил может быть меньше единицы. Опасное состояние по возможности схода вагона вследствие набегания гребня колеса на головку рельса под действием боковых сил возникает при интенсивном вилянии вагона с ударами гребней колесной пары о рельс.

По данным ранее выполненных исследований опасность схода может возникнуть и при незначительном рамном усилии или его полном отсутствии. Такой случай возможен при значительной боковой качке цистерны, когда одно колесо колесной пары перегружается, а другое разгружается. Если значение коэффициента боковой качки достигнет 0,65, вкатывание гребня обезгруженного колеса в момент его набегания становится возможным и при отсутствии рамного усилия. Однако, возникновение при движении только очень сильной боковой качки без других видов колебаний маловероятно.

Зависимость коэффициента устойчивости колеса на рельсе от степени заполнения котла цистерны

0,1 0,3 0,7 0,9 к

"В прямой при скорости 20 км/ч " ^ " В кривой при скорости 20 км/ч

"8 прямой при скорости 40 км/ч —В—в кривой при скорости 40 км/ч

"В прямой при скорости 60 КМ/Ч —"О —В кривой при скорости 60 км/ч

-В прямой при скорости 80 км/ч —Ж—В кривой при скорости 80 км/ч

Рис. 2.5

2.4. Расчет технико-экономической эффективности предлагаемых мероприятий

Качественные показатели работы транспорта наиболее полно отражают экономическую эффективность его работы. Важнейшими факторами, определяющими качество грузовых перевозок на железных дорогах России наряду с регулярностью перевозок и сроками доставки грузов являются безопасность движения, а также сохранность перевозимых грузов.

В этой связи важное значение приобретают исследования по разработке и внедрению дифференцированных норм налива нефти и нефтепродуктов при их отгрузке в регионы Дальнего Востока и в южные районы страны. Анализ результатов вышеприведенных расчетов, подтверждаемый экспериментальной проверкой, позволяет сделать вывод, что недолив, предусматриваемый при заполнении цистерн по указанным нормам, не оказывает негативного влияния на их динамическую устойчивость.

При разработке вышеназванных норм в пунктах погрузки (на ВосточноСибирской железной дороге) и выгрузки (на Дальневосточной железной дороге) были собраны статистические данные по температурам нефтегрузов при наливе и сливе за период 1996 - 1998 г.г. Анализ данных показал, что они подчиняются законам нормального распределения, в соответствии с которыми с вероятностью Р=0,99 были определены минимально возможные температуры груза в пунктах налива и максимально возможные - в пунктах слива по месяцам года. Результаты представлены на рис. 2.6.

Как видно из представленных графиков, разность температур при сливе и наливе нефтепродуктов значительно превышает температурный запас на их тепловое расширение. В результате имеют место большие путевые потери грузов. В частности, только при перевозках автомобильного бензина в среднем за год недостача составляет до 720 т или 270 кг на вагон.

Собранные и обработанные данные были подтверждены результатами опытных перевозок, которые проводились в первой декаде августа 1998 г. по маршрутам: станция Зуй ВСЖД - станция Хабаровск I ДВЖД (67 четырехосных цистерн с сырой нефтью); станция Суховская-Южная ВСЖД - станция Первая Речка ДВЖД (21 четырехосная цистерна с бензином).

Наполнение цистерн производилось по действующим нормам налива нефтепродуктов. Вследствие превышения на 17°С конечной температуры груза при перевозке над начальной в пунктах выгрузки наблюдалось повышение уровня груза на 3 - 8 см, а размеры недостачи составляли от 28 до 2092 кг на вагон.

Минимальные температуры груза при наливе на Ангарской НХК и максимальные при сливе в Хабаровске и Владивостоке по месяцам года

~^Температура нефтепродуктов при наливе в Ангарске ~ * Граница температурного запаса на тепловое расширение бензина — -х — Температура нефтепродуктов при сливе в Хабаровске —в—Температура нефтепродуктов при сливе во Владивостоке

Рис. 2.6

В целях снижения потерь наливных грузов, а также создания условий, исключающих возможность возникновения аварийных ситуаций вследствие проливов нефтепродуктов, разработаны "Дифференцированные нормы налива сырой нефти и светлых нефтепродуктов при отгрузке в регионы Дальнего Востока".

Технико-экономическая эффективность от внедрения указанных норм складывается из сокращения расходов, связанных с возмещением недостач нефтепродуктов, а также экономии средств, необходимых для нейтрализации проливов таких грузов.

Расчеты показали, что величина ожидаемого экономического эффекта от внедрения дифференцированных норм только при перевозках автомобильного бензина с Восточно-Сибирской железной дороги на Дальний Восток составит от 100057,4 до 129973,0 тысяч рублей в год.

выводы

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования дают возможность сделать следующие выводы:

1. Действующие "Правила перевозок жидких грузов наливом в вагонах-цистернах и бункерных полувагонах" предусматривают использование двух норм налива - летней и зимней. Указанные нормативы приняты более 40 лет назад без достаточного научного обоснования, учета физико-химических свойств перевозимых жидкостей и температурных режимов перевозки. Это приводит к потере грузов из-за их теплового расширения и созданию аварийных ситуаций, а в других случаях - к значительному недоиспользованию грузоподъемности и вместимости подвижного состава.

2. Анализ температурных режимов налива, транспортирования и слива нефтеналивных грузов, отгружаемых на Дальний Восток, показывает, что условия перевозок нефтепродуктов в этом регионе нуждаются в совершенствовании.

3. В результате выполненных теоретических исследований установлены критерии для оценки устойчивости цистерн против опрокидывания и схода с рельсов, определены методы их расчета при перевозке наливных грузов. Выявлено влияние степени заполнения котла цистерны на ее устойчивость при движении поезда по стрелочным переводам и в кривых участках пути.

4. Анализ выполненных исследований показывает, что коэффициент запаса поперечной устойчивости определяется, главным образом, величиной внешнего воздействия, то есть поперечного ускорения. При величине поперечного ускорения, превышающей 1,6 м/с2 (0,16g) коэффициент запаса поперечной устойчивости цистерны близок к рекомендуемому нормативному значению, равному 1,25, а при поперечном ускорении более 2 м/с2 (0,2g) возникает реальная угроза опрокидывания цистерны, загруженной на 60 - 80 % объема котла.

5. Экспериментальными исследованиями установлено, что наименьший коэффициент запаса устойчивости колесной пары цистерны на рельсе наблюдается при степени заполнения котла К=0,1. При скорости 80 км/ч он составляет 0,95 и 1,02 соответственно на прямом участке пути и в кривой. При повышении степени заполнения котла растет и коэффициент запаса устойчивости колесной пары по условию невкатывания гребня колеса на рельс.

6. Недолив, предусматриваемый в котле при заполнении цистерны в соответствии с дифференцированными нормами налива, составляет не более 15 %. Такая величина недолива не может оказать существенного влияния на динамическую устойчивость цистерн.

7. Внедрение научно обоснованных дифференцированных норм налива нефти и нефтепродуктов, обеспечивающих динамическую устойчивость цистерн, позволит оптимально использовать технические средства железнодорожного транспорта и промышленных предприятий, повысить сохранность перевозимых грузов и безопасность движения поездов. Величина ожидаемого экономического эффекта, в частности, при перевозках автомобильного бензина с ВосточноСибирской железной дороги на Дальний Восток составит от 100057,4 до 129973,0 тысяч рублей в год.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах

1. Черняков C.B. Совершенствование перевозок опасных грузов на открытом подвижном составе. // Тез. докл. Новосибирской межвузовской науч. конф. "Интеллектуальный потенциал Сибири". Новосибирск, 1995. С. 62.

2. Разработка новых правил безопасности и порядка ликвидации аварийных ситуаций с опасными грузами при перевозке их по железным дорогам: отчет о НИР / СГУПС; Руководитель A.M. Островский. № ГР 01970002227; Инв. № 02970001511. Новосибирск, 1996.-437 с.

3. Черняков C.B., Яшин А.Ф. Приращение координат центра тяжести наливного груза и изменение нагрузки на тележки вагона-цистерны при плавном изменении ускорения поезда. // Тез. докл. науч.-тех. конф. "Проблемы железнодорожного транспорта и транспортного строительства Сибири". Новосибирск, 1997. С. 235-236.

4. Черняков C.B., Яшин А.Ф. Перераспределение нагрузок на рельсы при ударном входе вагона-цистерны в кривую. // Совершенствование эксплуатационной работы железных дорог. Межвуз. сб. науч. трудов (СГУПС). Новосибирск, 1998. (рукопись).

5. Черняков C.B., Яшин А.Ф. Изменение положения центра тяжести наливного груза при плавном торможении поезда. // Совершенствование эксплуатационной работы железных дорог. Межвуз. сб. науч. трудов (СГУПС). Новосибирск, 1998. (рукопись).

6. Черняков C.B., Тесленко И.О. Совершенствование условий перевозок опасных грузов класса 3 в регионе железных дорог Дальнего Востока. // Совершенствование эксплуатационной работы железных дорог. Межвуз. сб. науч. трудов (СГУПС). Новосибирск, 1998. (рукопись).

7. Христолюбов A.B., Черняков C.B. Взаимодействие СГУПС и железных дорог в области совершенствования перевозок наливных грузов. // Тез. докл. науч.-практ. конф. "Опыт взаимодействия вузов и железных дорог в научно-техническом прогрессе и подготовке специалистов". Самара, 1998. (рукопись).

8. Черняков C.B. Безопасность железнодорожных перевозок наливных опасных грузов класса 3. // Материалы отраслевой науч.-тех. конф. "Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта и роль молодых ученых в их решении". Ростов-на-Дону, 1998. С. 42.

9. Совершенствование условий перевозок наливных грузов: Отчет о НИР / СГУПС; Руководитель А.М. Островский. № ГР 01980008532; Инв. № 02980005293. Новосибирск, 1998. - 125 с.

10. Христолюбов A.B., Черняков C.B., Макаров А.Н. Совершенствование технологии перевозок наливных грузов, отгружаемых на Красноярской железной дороге. // Совершенствование работы Красноярской железной дороги. Материалы науч.-практ. конф., посвящ. 100-летию Красноярской железной дороги. Красноярск - Новосибирск, 1999. С. 71 - 77.

11. Патент на изобретение № 2138414. МПК 6 В 61 D 5/00. Установка для орошения специального вагона-цистерны / Островский A.M., Туранов Х.Т., Христолюбов A.B., Желдак К.В., Черняков C.B., Тесленко И.О. Б.и. № 27.

12. Христолюбов A.B., Черняков C.B., Гурский Б.И. Разработка специальных условий перевозок легковоспламеняющихся жидкостей. // Новые технологии на Восточно-Сибирской железной дороге. Сб. науч. трудов (СГУПС). Новосибирск, 1999. С. 152 - 158.

13. Черняков C.B., Кузнецов A.A. и др. Информационное обеспечение перевозок опасных грузов на Восточно-Сибирской железной дороге. // Новые технологии на Восточно-Сибирской железной дороге. Сб. науч. трудов (СГУПС). Новосибирск, 1999. С. 160- 164.

14. Островский A.M., Черняков C.B. Определение критической степени заполнения котла при оценке поперечной устойчивости цистерны от опрокидывания. // Материалы региональной науч.-практ. конф. "Транссиб-99". Новосибирск, 1999. С. 49-52.

15. Островский A.M., Черняков C.B. Оценка поперечной устойчивости цистерны при боковых колебаниях кузова на рессорах. // Материалы региональной науч.-практ. конф. "Транссиб-99". Новосибирск, 1999. С. 53 - 57.

Черняков С.В.

Исследование и разработка мероприятий по повышению безопасности перевозок наливных грузов

Подписано в печать

Заказ № 23?

Издательство СГУПС 630049, г. Новосибирск, ул. Д.Ковальчук, 191

Тираж 100 экз.

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ МЕЖДУНАРОДНОГО ОПЫТА И ОТЕЧЕСТВЕННЫХ РАЗРАБОТОК ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ ПЕРЕВОЗОК НАЛИВНЫХ ГРУЗОВ.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА БЕЗОПАСНОСТЬ ПЕРЕВОЗОК НАЛИВНЫХ ГРУЗОВ.

2.1. Общая постановка задачи.

2.2. Методика оценки устойчивости цистерны от опрокидывания.

2.3. Оценка возможности схода цистерны из-за вкатывания гребня колеса на рельс.

Выводы.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ЦИСТЕРН.

3 .1. Методика проведения экспериментальных работ.

3.2. Результаты экспериментов

3.3. Оценка динамической устойчивости цистерны.

Выводы.

4. РАСЧЕТ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

ПРЕДЛАГАЕМЫХ МЕРОПРИЯТИЙ.

4.1. Меры по обеспечению сохранности наливных грузов.

4.2. Расчет ожидаемого экономического эффекта от предотвращения проливов нефтепродуктов.

Выводы.

ВЫВОДЫ.

Сегодня на транспортном рынке нашей страны сложились такие условия, которые диктуют необходимость постоянного поиска решений, направленных на рост уровня качества грузовых железнодорожных перевозок. В частности, весьма актуальной является задача повышения безопасности перевозок опасных грузов.

Понятие "опасные грузы" включает в себя широкий спектр веществ, подпадающих под предписания ГОСТ 19433-88 /1/, среди которых значительную долю занимают вещества, перевозимые наливом в вагонах-цистернах и контейнерах-цистернах /2/. Данные грузы характеризуются различными физико-химическими свойствами и в соответствии с /1/ могут быть отнесены к классам опасности 2, 3, 5, 8, 9. Наиболее же массовым является 3 класс опасности (легковоспламеняющиеся жидкости), куда входят все нефтеналивные грузы.

При том, что объем перевозок нефтеналивных грузов в 1995 г. (150,0 млн. т) составил 61% от уровня 1990 г. (246,7 млн. т), объем перевозок всех грузов железнодорожным транспортом в 1995 г. (1028 млн. т) составил только 48% от уровня 1990 г. (2140 млн. т) /3/. То есть, удельный вес нефтеналивных грузов в общем объеме перевозок увеличился с 11,5% до 14,5%.

В 1996 г. объем перевозок нефтеналивных грузов составил 145,4 млн. т, в

1997 г. - 144,9 млн. т, в 1998 г. - 143,5 млн. т /4/. Однако, прогноз на 1999 г. обещает рост объемов перевозок вообще и налива в частности. Так, общая погрузка нефтеналивных грузов на железных дорогах России возросла за пять месяцев этого года (по сравнению с аналогичным периодом предыдущего) почти на 3 %.

Весьма значительна доля экспортных перевозок нефти и нефтепродуктов. В 1997 г. экспорт нефтегрузов составил 32,7 % от общего объема перевозок, в

1998 г. удельный вес экспортных перевозок нефтегрузов увеличился и достиг 35,9 %. Дальнейшая ситуация в отечественном нефтяном экспорте пока трудно прогнозируема. И все же есть заявления некоторых компаний об увеличении поставок нефти на Восток. "ЮКОС" заключила договор с "Китайской нефтяной корпорацией", по которому до конца текущего года в Китай поступит 500 тыс. т сырой нефти и 1 млн. т нефтепродуктов. В этот же регион сбыта стремятся "Транснефть", "Газпром" и "СИДАНКО". Транспортировку предполагается осуществлять танкерами из дальневосточных портов. Однако, не решен вопрос как груз поступит туда из Сибири. Российским железным дорогам необходимо обратить особое внимание на данную проблему.

На сегодняшний день железнодорожный транспорт обслуживает около 53 % российского экспорта нефти /4/. В основном нефть вывозится по двум дорогам: Московской (34 %) и Свердловской (19 %). Существенными являются перевозки по Октябрьской (7 %), Западно-Сибирской (6 %), Горьковской (5 %) и Красноярской (5 %) железным дорогам. Необходимо отметить, что хотя Москва и является крупным производителем нефтепродуктов, это отнюдь не означает, что весь налив произведен именно здесь. Москва - спецэкспортер, который осуществляет экспортные операции и аккумулирует на своих счетах валютные поступления.

Внушительные грузопотоки нефтеналивных грузов идут и по Свердловской железной дороге. В стоимостном выражении основные железнодорожные экспортные поставки связаны именно с нефтепродуктами. Прежде всего из той нефти, которая производится в Тюменской области. Логистические цепочки отсюда в первую очередь замкнуты на Октябрьскую железную дорогу.

Объемы перевозок нефтеналивных грузов по Транссибирской магистрали намного меньше, чем следовало бы ожидать. Это объясняется тем, что грузопотоки "перехватываются" другими видами транспорта.

Сегодня на транспортном рынке разворачивается жесткая конкуренция. Она усиливается даже там, где железные дороги традиционно удерживали крепкие позиции. Например, в Тюменской области строится мост федерального значения, по которому могут быть проложены автомобильные маршруты перевозок нефти. "Тобольский нефтехимический комбинат", куда сейчас нефть доставляется цистернами, планирует подводку магистральной "трубы".

Развиваются и альтернативные автомобильные перевозки, которые перехватывают партии переработанных светлых нефтепродуктов. В некоторых компаниях, владеющих сетью автозаправок, автопарк насчитывает уже по несколько десятков бензовозов, в том числе, отвечающих евростандартам.

Внутренние перевозки нефтеналивных грузов - это резерв, который нельзя упустить на другие виды транспорта и тем самым потерять. Особенно в свете возможных перемен, связанных с обеспечением поставок топлива для нужд Восточной Сибири, Забайкалья, Крайнего Севера и Дальнего Востока. Минтопэнерго Российской Федерации увеличило квоту поставок нефти на переработку во втором квартале 1999 г. с 41,5 до 43,0 млн. т /4/. Есть намерения изменить схемы финансирования поставок горюче-смазочных материалов, в том числе путем более широкого использования товарного кредита, взаимозачетов и бартера.

Наряду с внедрением более гибкой тарифной политики железным дорогам следует ответить на усиление конкуренции повышением уровня сервиса и эффективности использования парка подвижного состава. В сегодняшних условиях ограниченности капитальных вложений и оборотных средств задачи оптимизации имеющихся технических и материальных ресурсов приобретают особо важное значение. Назрела острая необходимость в решении задач, направленных на повышение качества железнодорожных перевозок.

В этой связи весьма актуальными являются вопросы, касающиеся обеспечения безопасности перевозок наливных грузов /5/.

Правила перевозок жидких грузов наливом в вагонах-цистернах и бункерных полувагонах /6/ действуют на сети железных дорог с 1966 г. За этот период вагонный парк пополнился новыми моделями вагонов-цистерн с увеличенным удельным объемом котла; значительно выросла номенклатура перевозимых веществ, различных по своим физико-химическим свойствам, многие из которых представляют опасность для человека и окружающей природной среды. Транспортировка таких грузов требует соблюдения целого ряда специальных условий перевозок и требований, выдвигаемых как к самим грузам, так и к подвижному составу 111.

Безопасность перевозок наливных грузов обеспечивается при /8/:

- создании условий транспортирования, при которых жидкость гарантированно не имеет путей выхода за пределы котла вследствие теплового расширения или негерметичности закрытой крышки колпака котла цистерны. Внедрение научно обоснованных дифференцированных норм налива нефти и нефтепродуктов позволяет создать такие условия;

- обеспечении динамической устойчивости вагонов-цистерн от опрокидывания и схода с рельсов. Однако при заполнении котла в соответствии с дифференцированными нормами налива в отдельных случаях предусматривается недолив. Наличие свободной поверхности жидкости в котле влечет за собой колебания груза в процессе перевозки. Эти колебания, в свою очередь, могут оказывать влияние на динамику цистерны.

Таким образом, безопасность при перевозках наливных грузов обеспечивается научно обоснованными нормами заполнения вагонов-цистерн с учетом температурных режимов перевозки, а также с учетом влияния динамических нагрузок на размещение жидкости в котле цистерны при движении поезда 191.

Целью настоящего исследования является изучение влияния недолива на динамическую устойчивость вагонов-цистерн, а также оценка безопасности движения цистерн, загруженных в соответствии с дифференцированными нормами налива.

Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи:

- анализ зарубежного и отечественного опыта по вопросам обеспечения безопасности перевозок наливных грузов;

- систематизация и анализ данных по технической характеристике вагонов-цистерн, эксплуатируемых на Российских железных дорогах;

- разработка методики оценки динамической устойчивости цистерн с неполным наливом от опрокидывания и схода с рельсов;

- разработка методики проведения экспериментальных работ, проведение экспериментов, анализ полученных результатов;

- разработка мероприятий, направленных на повышение уровня безопасности перевозок наливных опасных грузов;

- оценка технико-экономической эффективности разработанных мероприятий.

Для решения поставленных задач было выполнено следующее.

1. Произведен анализ международного и отечественного опыта по вопросам, связанным с обеспечением безопасности перевозок наливных грузов. Рассмотрена структура объемов перевозок опасных грузов на европейских железных дорогах, приведен перечень организационно-технических мероприятий, направленных на повышение уровня безопасности перевозок. Проанализированы статистические данные по количеству аварий и инцидентов с опасными грузами на железных дорогах Европы и США. Кроме того, отмечены перспективные направления развития таких перевозок, в частности:

- совершенствование нормативов и регламентов по данному вопросу установлением единой нормативной базы, а также унификацией требований ко всем объектам перевозки;

- совершенствование конструкции подвижного состава, гарантированно обеспечивающей надежность перевозки;

- создание рациональных условий для безопасной транспортировки грузов глубокой специализацией подвижного состава по роду перевозимого груза.

Произведен анализ работ, направленных на повышение безопасности перевозок наливных опасных грузов в нашей стране. Выявлены особенности конструкции отечественных вагонов-цистерн, а также особенности условий перевозок наиболее массовых наливных грузов, вызванные причинами географического и климатического характера.

Выполнен анализ работ, посвященных вопросу динамической устойчивости цистерн, являющемуся предметом настоящего исследования. Кроме того, проанализированы данные по технической характеристике вагонов-цистерн, эксплуатируемых в настоящее время на сети железных дорог России.

2. Произведено теоретическое исследование факторов, влияющих на безопасность перевозок наливных грузов. Разработана общая методика оценки колебаний жидкости в котле цистерны, выявлены лимитирующие факторы, соответствующие условиям безопасного движения. С учетом характеристик рессорного подвешивания дана оценка динамической устойчивости цистерн различных моделей от опрокидывания, а также от схода с рельсов при прохождении стрелочных переводов и при движении в кривых участках пути. Определены зависимости параметров, характеризующих динамическую устойчивость цистерны, от степени заполнения котла, сделаны соответствующие выводы.

3. Выполнено экспериментальное исследование динамической устойчивости цистерн. Разработана методика проведения опытных работ, проведен эксперимент, проанализированы полученные экспериментальные данные. По результатам экспериментальных исследований дана оценка динамических характеристик цистерны.

4. По результатам теоретических и экспериментальных исследований разработаны мероприятия, направленные на повышение уровня безопасности и сохранности перевозок наливных опасных грузов. Произведено технико-экономическое обоснование предлагаемых мероприятий.

По итогам данной работы сделаны выводы, где обобщены результаты исследования и содержится ряд практических рекомендаций.

Выводы.

1. Одними из важнейших факторов, определяющих качество перевозок наливных опасных грузов являются безопасность и сохранность.

2. На условия перевозок жидких грузов наливом в вагонах-цистернах существенное влияние оказывает изменение температуры окружающего воздуха и воздействие солнечной радиации.

3. Анализ показал, что при перевозках нефти и нефтепродуктов на Дальний Восток существует определенная зависимость между потерями грузов и температурными режимами налива, транспортирования и слива.

4. В целях снижения потерь наливных грузов, а также создания условий, исключающих возможность возникновения аварийных ситуаций вследствие проливов нефтепродуктов, разработаны "Дифференцированные нормы налива сырой нефти и светлых нефтепродуктов при отгрузке в регионы Дальнего Востока и южные районы страны".

5. Внедрение научно обоснованных дифференцированных норм налива нефти и нефтепродуктов позволит обеспечить оптимальное использование технических средств транспорта и промышленных предприятий, сохранность перевозимых грузов и безопасность движения поездов.

6. Дифференцированные нормы налива можно использовать для всего перечня вагонов-цистерн (36 калибровочных типов), имеющихся в эксплуатационном парке сети железных дорог, при перевозке широкой номенклатуры легковоспламеняющихся жидкостей с плотностью от 690 до 890 кг/м3.

7. Величина ожидаемого экономического эффекта от внедрения дифференцированных норм только при перевозках автомобильного бензина с ВосточноСибирской железной дороги на Дальний Восток составит от 100057,4 до 129973,0 тысяч рублей в год.

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования динамической устойчивости цистерн от опрокидывания и схода с рельсов дают возможность сделать следующие выводы:

1. Действующие "Правила перевозок жидких грузов наливом в вагонах-цистернах и бункерных полувагонах" предусматривают использование двух норм налива - летней и зимней. Указанные нормативы приняты более 40 лет назад без достаточного научного обоснования, учета физико-химических свойств перевозимых жидкостей и температурных режимов перевозки. Это приводит к потере грузов из-за их теплового расширения и созданию аварийных ситуаций, а в других случаях - к значительному недоиспользованию грузоподъемности и вместимости подвижного состава.

2. Анализ температурных режимов налива, транспортирования и слива нефтеналивных грузов, отгружаемых на Дальний Восток, показывает, что условия перевозок нефтепродуктов в этом регионе нуждаются в совершенствовании.

3. В результате выполненных теоретических исследований установлены критерии для оценки устойчивости цистерн против опрокидывания и схода с рельсов, определены методы их расчета при перевозке наливных грузов. Выявлено влияние степени заполнения котла цистерны на ее устойчивость при движении поезда по стрелочным переводам и в кривых участках пути.

4. Анализ выполненных исследований показывает, что коэффициент запаса поперечной устойчивости определяется, главным образом, величиной внешнего воздействия, то есть поперечного ускорения. При величине поперечного ускорения, превышающей 1,6 м/с2 (0,16g) коэффициент запаса поперечной устойчивости цистерны близок к рекомендуемому нормативному значению, равному 1,25, а при поперечном ускорении более 2 м/с2 (0,2g) возникает реальная угроза опрокидывания цистерны, загруженной на 60 - 80 % объема котла.

5. Экспериментальными исследованиями установлено, что наименьший коэффициент запаса устойчивости колесной пары цистерны на рельсе наблюдается при степени заполнения котла К=0,1. При скорости 80 км/ч он составляет 0,95 и 1,02 соответственно на прямом участке пути и в кривой. При повышении степени заполнения котла растет и коэффициент запаса устойчивости колесной пары по условию невкатывания гребня колеса на рельс.

6. Недолив, предусматриваемый в котле при заполнении цистерны в соответствии с дифференцированными нормами налива, составляет не более 15 %. Такая величина недолива не может оказать существенного влияния на динамическую устойчивость цистерн.

7. Внедрение научно обоснованных дифференцированных норм налива нефти и нефтепродуктов, обеспечивающих динамическую устойчивость цистерн, позволит оптимально использовать технические средства железнодорожного транспорта и промышленных предприятий, повысить сохранность перевозимых грузов и безопасность движения поездов. Величина ожидаемого экономического эффекта, в частности, при перевозках автомобильного бензина с ВосточноСибирской железной дороги на Дальний Восток составит от 100057,4 до 129973,0 тысяч рублей в год.

1. ГОСТ 19433-88 "Грузы опасные. Классификация и маркировка".

2. Черняков С.В. Совершенствование перевозок опасных грузов на открытом подвижном составе. // Тез. докл. Новосибирской межвузовской науч. студенческой конф. "Интеллектуальный потенциал Сибири". Новосибирск, 1995. С. 62.

3. Транспорт и связь России: Стат. сб. / Госкомстат России. Т65 М.: 1996.-271 с.

4. РЖД-Партнер. Деловой журнал российских железных дорог. 1999. № 610..

5. Разработка новых правил безопасности и порядка ликвидации аварийных ситуаций с опасными грузами при перевозке их по железным дорогам: отчет о НИР / СГУПС; Руководитель A.M. Островский. № ГР 01970002227; Инв. № 02970001511. Новосибирск, 1996.-437 с.

6. Правила перевозок грузов, ч. 2. М.: Транспорт, 1976. 190 с.

7. Черняков С.В. Безопасность железнодорожных перевозок наливных опасных грузов класса 3. // Материалы отраслевой науч.-тех. конф. "Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта и роль молодых ученых в их решении". Ростов-на-Дону, 1998. С. 42.

8. Recommendations on the transport of dangerous goods Model regulations, Tenth revised edition (ST/SG/AC.10/l/Rev.l0). // United Nations. Geneva. 1997. - p. 594.

9. Ordnung fur die internationale Eisenbahnbeforderung gefahrlicher Giiter (RID). // Zentralamt fur den internationalen Eisenbahnverkehr (OCTI). Bern. 1995. s. 710.

10. Железнодорожный транспорт за рубежом. Сер. 1. ЭИ / ЦНИИТЭИ МПС, 1998. Вып. 2.

11. Железнодорожный транспорт за рубежом. Сер. 1. ЭИ / ЦНИИТЭИ МПС, 1995. Вып. 5.

12. Железнодорожный транспорт за рубежом. Сер. 1. ЭИ / ЦНИИТЭИ МПС, 1998. Вып. 5.

13. Черепов О.В. Выбор и обоснование конструкций дуг безопасности котлов цистерн. Автореф. дисс. на соиск. учен, степени канд. техн. наук. Екатеринбург, 1998 (Уральская государственная академия путей сообщения). 26 с.

14. Христолюбов А.В., Кожевников В.В. Повышение доходности железных дорог при перевозке наливных грузов. // Материалы региональной науч.-практ. конф. "Транссиб-99". Новосибирск, 1999. С. 63 65.

15. Христолюбов А.В. Совершенствование условий перевозок опасных грузов класса 3. Автореф. дисс. на соиск. учен, степени канд. техн. наук. Новосибирск, 1996 (Сибирская государственная академия путей сообщения). 28 с.

16. Ostrovskij A.M., Schabanow S.I., Christoljubow A.W. Ausarbeitung differ-enzierter Normen fur das Abfullen von hellen Erdolprodukten in Kesselwagen // Zeitschrift der OSShD. Warschau. 1993. Nr. 4, s. 13.

17. Патент на изобретение № 2138414. МПК 6 В 61 D 5/00. Установка для орошения специального вагона-цистерны / Черняков С.В., Желдак К.В. и др. Б.и. №27.

18. Совершенствование условий перевозок наливных грузов: Отчет о НИР / СГУПС; Руководитель A.M. Островский. № ГР 01980008532; Инв. № 02980005293. Новосибирск, 1998. 125 с.

19. Вершинский С.В., Данилов В.Н., Хусидов В.Д. Динамика вагона. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Транспорт, 1991. 360 с.

20. Черкашин Ю.М. Расчет поперечных колебаний жидкости и боковой качки цистерны при неполном наливе. "Вестник ВНИИЖТ", 1970. № 3, с. 5 - 10.

21. Черкашин Ю.М. Динамика наливного поезда. Труды ВНИИЖТ, вып. 543. М.: Транспорт, 1975. 136 с.

22. Долматов А.А., Кудрявцев Н.Н. Динамика и прочность четырехосных железнодорожных цистерн. Труды ВНИИЖТ, вып. 263. М.: Транспорт, 1963. 114 с.

23. Вериго М.Ф., Львов А.А., Ромен Ю.С., Захаров А.Н. Исследование собственных колебаний жидкости в котле цистерны в зависимости от уровня ее заполнения. Труды ВНИИЖТ, вып. 347. М.: Транспорт, 1967. С. 58 76.

24. Грузовые вагоны колеи 1520 мм железных дорог СССР: Альбом-справочник. М.: Транспорт, 1989. - 176 с.

25. Специализированные цистерны для перевозки опасных грузов: Справочное пособие. М.: Издательство стандартов, 1993. - 215 с.

26. Цистерны. (Устройство, эксплуатация, ремонт): Справочное пособие /

27. B.К. Губенко, А.П. Никодимов, Г.К. Жилин и др. М.: Транспорт, 1990. - 151 с.

28. Таблицы калибровки железнодорожных цистерн. М.: Транспорт, 1997. - 109 с.

29. Яшин А.Ф., Черняков С.В. Перераспределение нагрузок на рельсы при ударном входе вагона-цистерны в кривую. // Совершенствование эксплуатационной работы железных дорог. Межвуз. сб. науч. трудов (СГУПС). Новосибирск, 1999. (в печати).

30. Яшин А.Ф., Черняков С.В. Изменение положения центра тяжести наливного груза при плавном торможении поезда. // Совершенствование эксплуатационной работы железных дорог. Межвуз. сб. науч. трудов (СГУПС). Новосибирск, 1999. (в печати).

31. Лойсянский Л.Г., Лурье А.И. Курс теоретической механики. Т.1.-М.: Физматгиз, 1982. 352 с.

32. Малов А.Д. Крепление грузов на открытом подвижном составе при высоких скоростях движения. Труды ВНИИЖТ, вып. 294. М.: Транспорт, 1965. 168 с.

33. Технические условия погрузки и крепления грузов. М.: Транспорт, 1988.-408 с.

34. Островский A.M., Черняков С.В. Оценка поперечной устойчивости цистерны при боковых колебаниях кузова на рессорах. // Материалы региональной науч.-практ. конф. "Транссиб-99". Новосибирск, 1999. С. 53 57.

35. Инструкция по движению поездов и маневровой работе на железных дорогах Союза ССР. М.: Транспорт, 1990. - 256 с.

36. Нормы допускаемых скоростей движения локомотивов и вагонов по железнодорожным путям колеи 1520 (1524) мм Министерства путей сообщения Российской Федерации: Приказ № 2ЦЗ от 14.07.94. М., 1994. - 166 с.

37. Островский A.M., Черняков С.В. Определение критической степени заполнения котла при оценке поперечной устойчивости цистерны от опрокидывания. // Материалы региональной науч.-практ. конф. "Транссиб-99". Новосибирск, 1999. С. 49 52.

38. Нормы для расчета и проектирования новых и модернизируемых вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных). М.: ВНИИВ - ВНИИЖТ, 1983.-260 с.

39. Карпущенко Н.И., Шлейнинг А.И. Возвышение наружного рельса и скорость движения. // Путь и путевое хозяйство. 1999. № 1.

40. Вериго М.Ф., Коган А.Я. Взаимодействие пути и подвижного состава / Под ред. М.Ф. Вериго. М.: Транспорт, 1986. 559 с.

41. ГОСТ 4835-80 "Колесные пары для вагонов магистральных железных дорог колеи 1520 (1524) мм. Технические условия".

42. Исследование накопления расстройств рельсовой колеи железнодорожного пути / Под ред. О.П. Ершкова. М.: Транспорт, 1980. 104 с.

43. Инструкция по эксплуатации тормозов подвижного состава железных дорог. ЦТ-ЦВ-ЦНИИ 3969. М.: Транспорт, 1982. 144 с.

44. Железнодорожный путь и подвижной состав для высоких скоростей движения / Под ред. М.А. Чернышева. М.: Транспорт, 1964. 272 с.

45. Николаенко А.А. Исследование взаимодействия пути и подвижного состава на участках с отступлениями по уровню. Дисс. на соиск. учен, степени канд. техн. наук. Новосибирск, 1969 (Новосибирский институт инженеров железнодорожного транспорта). - 367 с.

46. Румшиский JI.3. Математическая обработка результатов эксперимента. М.: Наука, 1971.- 192 с.

47. ГОСТ 2517-85 "Нефть и нефтепродукты. Методы отбора проб".

48. ГОСТ 3900-85 "Нефть и нефтепродукты. Методы определения плотности".

49. ГОСТ 26976-86 "Нефть и нефтепродукты. Методы измерения массы".

50. Дмитриев В.А., Журавель А.И., Шишков А.Д. и др. Экономика железнодорожного транспорта / Под ред. В.А. Дмитриева. М.: Транспорт, 1996. 328 с.

51. Дифференцированные нормы налива светлых нефтепродуктов при отгрузке в районы Средней Азии и Южного Казахстана: Указание МПС № ЦМКУ 18/52 от 11.09.89; дополнения № ЦМКУ 18/12 от 27.06.91 и № ЦМКУ 12/47 от 10.03.92.

52. Христолюбов А.В., Гурский Б.И., Черняков С.В. Разработка специальных условий перевозок легковоспламеняющихся жидкостей. // Новые технологии на Восточно-Сибирской железной дороге. Сб. науч. трудов (СГУПС). Новосибирск, 1999. С. 152 158.

53. Федотов Н.И., Быкадоров А.В. Применение теории вероятностей в транспортных расчетах. Новосибирск: НИИЖТ, 1969. 188 с.

54. Нормы естественной убыли нефтепродуктов при приеме, хранении, отпуске и транспортировании: Постановление Госснаб СССР № 40 от 26.03.86. Астрахань, 1986. - 33 с.

55. Разработка норм естественной убыли марганцевых ферросплавов при железнодорожных перевозках: отчет о НИР / НИИЖТ; Руководитель Р.З. Талипов. № ГР 01910006410; Инв. № 02910002777. Новосибирск, 1991. 67 с.

56. ГОСТ 8.207-76. ГСИ. "Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений. Основные положения".