автореферат диссертации по транспорту, 05.22.08, диссертация на тему:Обоснование рационального способа перевозки опасных грузов в полимерной таре

На правах рукописи

БОНДАРЕНКО ЕКАТЕРИНА МИХАЙЛОВНА

ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНОГО СПОСОБА ПЕРЕВОЗКИ ОПАСНЫХ ГРУЗОВ В ПОЛИМЕРНОЙ ТАРЕ

05.22.08 «Управление процессами перевозок»

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

12 ДЕК т

005543700

Санкт-Петербург - 2013

005543700

Работа выполнена на кафедре «Логистика, коммерческая работа и подвижной состав» Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Сибирский государственный университет путей сообщения» Научный руководитель: Заслуженный работник транспорта РФ,

доктор технических наук, профессор Островский Анатолий Михайлович Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор кафедры

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Уральский государственный

университет путей сообщения»

Защита состоится 23 декабря 2013 года в 13 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 218.008.02 на базе Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Петербургский государственный университет путей сообщения» по адресу: 190031 Санкт-Петербург, Московский пр, 9, ауд. 7-320.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Петербургский государственный университет путей сообщения».

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью, просим направить в адрес учёного совета университета.

Автореферат разослан 22 ноября 2013 г.

«Логистика и коммерческая работа»

ФГБОУ ВПО «Петербургский государственный

университет путей сообщения»

Маликов Олег Борисович

доктор военных наук, профессор,

преподаватель кафедры «Военных сообщений»

ФГКОУ ВПО «Военная академия материально-

технического обеспечения им. генерала армии

A.B. Хрулёва» Министерства обороны

Российской Федерации

Денисов Геннадий Иванович

Учёный секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

Алексей Михайлович Горбачев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы исследования. Для сохранения существующих и привлечения дополнительных объёмов перевозок опасных грузов, а также сокращения транспортных издержек необходимо совершенствовать технологию и нормативно-правовую документацию, определяющую условия перевозки, включая требования к транспортной таре. Необходимо создать такую технологию перевозок упакованных опасных грузов, чтобы был обеспечен достаточный уровень безопасности перевозок, сохранность перевозимой продукции при оптимизации транспортных затрат как грузоотправителя (грузополучателя), так и перевозчика.

При использовании транспортной тары необходимо, в первую очередь, обеспечивать её надёжность, доступность и эффективность. Поэтому в диссертационной работе исследуются техническая возможность и экономическая целесообразность совершенствования технологии перевозки упакованных в полимерной таре опасных грузов, особенно обладающих повышенной степенью опасности, к которым относятся легковоспламеняющиеся жидкости, окислители и органические пероксиды, а также коррозионные вещества. При перевозке указанных веществ наиболее часто происходят аварийные ситуации с тяжёлыми последствиями, принося значительный ущерб транспортным организациям и окружающей среде.

Целью диссертационной работы является обоснование рационального способа безопасной перевозки в крытых вагонах жидких и сыпучих опасных грузов в полимерной таре без использования внешней тары или обрешёток, что обеспечивает снижение транспортных издержек.

Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие основные задачи:

- выполнить анализ современного состояния, теоретических исследований и практического использования различных видов

транспортной тары при существующей технологии перевозок опасных грузов;

- провести теоретические и экспериментальные исследования воздействия динамических нагрузок на вагон и транспортную тару на всех этапах перевозочного процесса для разработки требований к полимерной таре при перевозке опасных грузов;

определить возможность использования полимерной транспортной тары при перевозке опасных грузов без внешней тары и обрешёток;

- разработать технологию перевозки упакованных в полимерную тару опасных грузов на основе рекомендаций по размещению и креплению их при перевозке в крытых вагонах;

обосновать техническую возможность и экономическую целесообразность предлагаемых рекомендаций по применению полимерной тары для перевозки опасных грузов в крытых вагонах.

Объектом исследования является технология перевозки упакованных опасных грузов. Предметом исследования являются границы возможности использования полимерной транспортной тары при перевозке опасных грузов в крытых вагонах.

Методы исследования. При выполнении работы использовались методы системного анализа, сравнительной топологии экспертных оценок, математической статистики, а также сравнительного анализа на основе технико-экономических расчётов. При решении поставленных задач были также использованы такие методы исследования как анализ и эксперимент.

Научная новизна диссертационной работы заключается в:

- выявлении несоответствия в отечественных и международных нормативно-правовых документах, регламентирующих перевозку опасных грузов, с целью их устранения и унификации этих документов;

- определении реально действующих динамических нагрузок на транспортную тару, позволяющих сформулировать требования к её прочностным характеристикам;

- классификации требований к полимерной транспортной таре, предназначенной для обеспечения безопасной технологии перевозок грузов; в том числе в выявлении общих требований, предъявляемых к полимерной таре, а также специальных, предъявляемых при перевозке грузов высокой степени опасности;

совершенствовании безопасной технологии перевозки упакованных опасных грузов в полимерной таре без применения внешней тары и обрешетки, а также обосновании возможности безаварийного использования предложенных мероприятий.

Практическая ценность научного исследования состоит в обосновании возможности:

- использования наиболее дешевого и надежного способа перевозки различными видами транспорта большой номенклатуры опасных грузов;

- сокращения расходов на производство транспортной тары, улучшения использования транспортных средств и складского хозяйства;

- улучшения условий и повышения производительности труда персонала, участвующего в перевозке опасных грузов и их хранении на складах;

- повышения безопасности перевозки опасных грузов как во внутреннем, так и в международном сообщениях;

- применения механизированного способа переработки опасных грузов в процессе перевозки, выполнения погрузочно-разгрузочных работ и складирования за счет предложенных условий перевозки и технологии работ с опасными грузами, перевозимыми в полимерной таре, при обеспечении безопасного уровня перевозок.

Реализация и внедрение результатов работы. Выводы, полученные при исследовании рассматриваемой проблемы, приняты к использованию Службой коммерческой работы в сфере грузовых перевозок Западно-Сибирской железной дороги - филиала ОАО «РЖД», ФГУП «Куйбышевский химический завод», а также в учебном процессе Сибирского государственного университета путей сообщения при

подготовке инженеров по специальности 190401 — Эксплуатация железных дорог и повышении квалификации персонала, участвующего в перевозочном процессе.

Апробация работы. Основные результаты исследования доложены и получили одобрение на 10 конференциях: Международной научно-практической конференции «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте и образовании' 2009» (Одесса, 2009 г.); Международной выставке и научном конгрессе «Спассиб-Сиббезопасность-2010» (Новосибирск, 2010 г.); Международном научном конгрессе «ГЕО-Сибирь-2011» (Новосибирск, 2011 г.); Международной выставке и научном конгрессе «Спассиб-Сиббезопасность-2011» (Новосибирск, 2011 г.) и других, а также на заседаниях кафедры «Логистика, коммерческая работа и подвижной состав», объединённого научно-технического совета факультета «Управление процессами перевозок» Сибирского государственного университета путей сообщения, кафедры «Логистика и коммерческая работа» Петербургского государственного университета путей сообщения.

Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 10 печатных работах общим объёмом 3,5 п.л., из которых автору принадлежит 2,7 п.л. Три статьи опубликованы в журналах, входящих в перечень ведущих рецензируемых изданий, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы, включающего 118 источников, и семи приложений. Содержание работы изложено на 121 странице основного текста, включающего 18 таблиц, 20 рисунков, и 31 странице приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении отражена актуальность исследования, а также сформулированы цель и задачи исследования.

Первая глава посвящена анализу современного состояния проблемы, а также сравнению отечественных и международных

требований к обеспечению безопасной технологии перевозок опасных грузов.

Анализ статистических данных, представленных на рисунке 1, показал, что транспортная тара из полимерных материалов в настоящее время становится всё более востребованной.

Рисунок 1 - Изменение структуры использования транспортной тары в РФ Полимерные материалы применяются при изготовлении любого вида тары: ящиков, мешков, канистр, барабанов, бидонов, бочек. Использование данного материала, как показала практика, становится технически возможным, а прочностные свойства позволяют составить конкуренцию не только стеклу, бумаге и ткани, но и металлу.

Проанализированы нормативно-правовые акты, регламентирующие перевозку опасных грузов железнодорожным, водным, автомобильным и воздушным транспортом, а также работа организаций, участвующих в их разработке. Базовые положения перевозок опасных грузов приведены в Рекомендациях ООН, на основе которых разработано большинство нормативов по перевозке опасных грузов всеми видами транспорта.

Установлено, что требования данных документов в области применения полимерной транспортной тары для внутренних и международных перевозок имеют существенные различия, являющиеся сдерживающим фактором в её использовании.

Выявлены противоречия в требованиях к испытаниям транспортной тары и определены несоответствия государственных стандартов, используемых при разработке отечественных и международных правил.

Вопросами совершенствования технологии перевозок грузов, в том числе опасных, занимались такие учёные как В.К. Бешкето, A.M. Островский, В.Н. Андросюк, О.Б. Маликов, Ю.М. Иванов, Л.П. Андронов, В.И. Медведев, Х.Т. Туранов, В.А. Болотин, С.А. Егоров, В.В. Напёров, И.О. Тесленко, Е.К Коровяковский, И.К. Гордеев, Ю.М. Лузинов и другие. Однако работы, направленные на комплексное исследование возможности использования полимерной тары для перевозки опасных грузов, в настоящее время не проводятся, что приводит к возникновению аварийных ситуаций с большими потерями груза и нанесением ущерба окружающей среде.

Во второй главе проведены теоретические и экспериментальные исследования нагрузок, действующих в процессе перевозки на тару с опасным грузом. Тара должна выдерживать транспортные нагрузки, возникающие в процессе перевозки, обеспечить сохранность перевозимой продукции и исключать её воздействие на окружающую среду, повышать безопасность перевозок.

Для установления требований к полимерной таре, обеспечивающей безопасную перевозку опасных грузов, в рассматриваемой главе даны результаты исследований величин возникающих динамических нагрузок на тару при движении поездов, при маневровой работе и роспуске вагонов с сортировочных горок, при выполнении погрузочно-разгрузочных работ.

По результатам экспериментальных исследований установлено, что зависимость вертикальных ускорений максимального перемещения груза от скорости движения поезда представляет параболическую функцию (рис. 2), выраженную уравнением W(V):

WQT) = fc0 + fci * V + к2 * V2 + к3 * V3 + к4 * V4 + /с5 * Vs, (1) где W - вертикальное ускорение груза, м/с2, V- скорость движения, км/ч.

V

/

10

20 30 40 Скоро«-ГЬ ДЫИЛ-ВИЯ,

50

V»

0 3,зёШ83Г10'!

5 0,04187646

10 0,15800699

15 0.313927'М

20 0.50879953

25 0,76108392

30 1,09085032

35 1,50206626

40 1,965

50 1.61327495

Ь-ЗЗ^Ю'5 к:гл3,282х10"'

к;. .657x10""' к-г-"4,82517483 * 10'" Ь=-4.7! 7^4872 40"*

Рисунок 2 - Зависимость вертикальных ускорений, соответствующих максимальным перемещениям, от скорости движения Наибольшее значение вертикального ускорения достигается при скорости 40 км/ч, а с последующим её увеличением величина вертикального ускорения начинает снижаться.

Наибольшие вертикальные ускорения при прохождении колёсной парой стыка рельсов составляют 36,6 м/с2, но длительность их мала и составляет около 0,0001 с (рис.3).

а — при скорости У=60 км/ч б — при скорости \'=80 км/ч

-щйг дат щ»

Рисунок 3 - Вертикальные ускорения при прохождении колёсной парой

стыков рельсов

Исследованиями установлено, что точки рисунка 3 с одинаковыми ординатами ( Щ — И^ ) имеют абсциссы £а и £б > удовлетворяющие соотношению:

где Кб - величина постоянной скорости, для которой построены кривые «а» и «б» соответственно.

Вследствие малой продолжительности данное воздействие на вагон незначительно влияет на его скорость и перемещение. Но при перевозке опасных грузов возникают большие импульсные нагрузки, в том числе и кратковременные, которые могут привести к аварийной ситуации. Поэтому их воздействие должно быть учтено при выборе прочностных характеристик и материала тары, а также при разработке условий перевозки конкретного вида опасного груза.

При перевозке упакованных опасных грузов с формированием транспортного пакета сохранность самого пакета, а также опасного груза в нем, зависит от вида тары, а также материала, из которого она изготовлена; соблюдения технологии формирования транспортных пакетов, а также производства погрузочно-разгрузочных работ; величины динамических нагрузок, воздействующих на транспортный пакет с опасным грузом в процессе движения. Поэтому необходимо учитывать ударные вибрационные нагрузки при расчете крепежной оснастки транспортного пакета, а также при размещении пакета с опасным грузом на поддоне.

Для определения максимальной нагрузки на обвязочную ленту объектом исследования являлся транспортный пакет, размещенный на деревянном поддоне. Пакет состоял из 24 упаковок массой 30 кг. Упаковки укладывались в четыре яруса по шесть штук в каждом (рис. 4). Погрузочно-разгрузочные работы осуществлялись электропогрузчиком с вилочным грузозахватом.

В процессе эксперимента были рассмотрены следующие операции: движение электропогрузчика с транспортным пакетом по ровной площадке и через барьеры высотой 3, 4, 5 и 6 см с различными скоростями; подъем и

Условные обшначгн'.!»: ^ - ченюмл-ричоскне датчик»регистрации

усат!! в обшта* } - дагчиш'.-а-.-есл'ромегрь! ;»я* измерения ускорений

ВСрТИ1Я1."1ЬШяХ. нродольиых 1): ¡КШСрСЧНЫ* КОЛсбштЙ

Рисунок 4 - Схема исследуемого пакета с грузом и размещение тензометрических датчиков

опускание грузозахвата с транспортным пакетом; соударения, возникающие при подъезде электропогрузчика к транспортному пакету с опасным грузом.

Значения продольных ускорений грузов _/'г (где £ - номер ряда) определяются по формулам:

где V - скорость движения электропогрузчика, м/с.

Величины вертикальных ускорений груза зависят от высоты барьера:

А = (0,074 + 0,035 -V) -д, )2 = (0,289 - 0,091 ■ V + 0,013 • К2) • д, ;3 = (0,173 + 0,048 ■ V + 0,009 • V2) ■ д, А = (0,162 - 0,048 • V + 0,009 ■ К2) ■ д,

(3)

(4)

(5)

(6)

)п = (0,60 - 0,55 • + 0,0171 ■ Нб2) ■ д, А = (0,54 - 0,017 ■ к5 + 0,0009 ■ 1г52) • д,

(7)

(8)

h = (0,50 - 0,004 ■ h6 + 0,006 ■ Лб2) ■ g, (9)

где jn - величина вертикального ускорения поддона; /гй - высота барьера, м.

При столкновении электропогрузчика, двигающегося со скоростью 3 км/ч, с препятствием наблюдались максимальные динамические усилия в обвязках, достигавшие 815 Н.

Проведены испытания полимерной ленты производства FrommPlasticsGmbh (Германия) на разрыв. Испытания показали, что среднее значение разрывной нагрузки данной полимерной ленты составляет 12440 Н. На основании изложенного сделан вывод, что по прочностным показателям полимерная лента отвечает предъявляемым требованиям и может быть использована в качестве обвязок, стяжек и увязок при перевозке опасных грузов в транспортных пакетах.

В третьей главе разработан ряд технических и технологических решений, связанных с использованием полимерной транспортной тары для перевозки опасных грузов ввиду того, что выбор транспортной тары и её использование, в соответствии с международными регламентами, является одним из важнейших этапов технологии перевозочного процесса упакованных опасных грузов.

Определён комплекс условий и требований, предъявляемых к транспортной таре на всех технологических этапах её эксплуатации: от разработки упаковки и затаривания груза для перевозки до её утилизации.

Проанализированы факторы, неблагоприятно воздействующие на тару и упаковку, и даны предложения по предохранению продукции от воздействия транспортных нагрузок.

Помимо общих требований, предъявляемых к полимерной транспортной таре, выделены дополнительные требования, которые должны предъявляться к транспортной таре для перевозки грузов повышенной степени опасности, а также к её испытаниям, при которых необходимая высота сбрасывания должна определяться по формуле:

h0 = 3f-h, (10)

где Э0 - кинетическая энергия в начале удара для ряда упаковок, расположенных на одной продольной оси, параллельной оси вагона, Нм; Э - кинетическая энергия упаковок при падении с высоты к, установленной стандартом, Нм.

Требования необходимо учитывать при разработке транспортной тары, условий её испытания, а также при разработке стандартов на транспортную тару.

В четвёртой главе доказывается возможность безаварийной технологии перевозки в крытых вагонах опасных грузов, упакованных в полимерную тару без внешней тары и обрешёток. Для решения этой задачи разработан один из важнейших этапов технологии перевозочного процесса- условия погрузки и крепления опасных грузов в полимерной таре в крытые вагоны, определены силы, воздействующие на полимерную транспортную тару с опасным грузом, дано сравнение полученных значений с допустимыми.

Расчёт произведен на примере использования для перевозки опасных грузов полимерных канистр вместимостью 30 дм3 и полимерных бочек вместимостью 227 дм3. Для каждого типа транспортной тары разработаны по три схемы погрузки: без использования поддона; с использованием наиболее распространенного на железнодорожном транспорте поддона размером 1200x800 мм (рис.5); с использованием поддона размером 1140x1140 мм. Расчёты выполнены для различных плотностей перевозимых грузов (от 0,8 до 1,15 г/см3), охватывающих основную номенклатуру опасных грузов.

Результаты расчётов показали, что для перевозки опасных грузов может быть использована полимерная тара без применения внешней тары или обрешёток. Проведённые испытания в производственных условиях показали надёжность предлагаемого способа перевозки. При этом улучшается использование грузоподъёмности вагонов, обеспечивается устойчивость тары при перевозке и выполнении маневровых операций с вагонами и безопасная технология перевозочного процесса.

п

Рисунок 5 - Схема размещения и крепления в крытом вагоне полимерных канистр с опасным грузом на поддоне 1200*800 мм, Пятая глава посвящена экономической оценке предлагаемой технологии использования полимерной транспортной тары для перевозки опасных грузов без применения внешней тары или обрешётки.

Сокращение транспортных затрат при отказе от внешней тары и деревянных обрешеток получает грузоотправитель (грузополучатель) за счёт исключения расходов на приобретение и использование внешней тары, а перевозчик - за счёт снижения себестоимости перевозок и улучшения использования транспортных средств.

Экономический эффект, связанный с реализацией предлагаемого способа перевозки опасных грузов, определён для опасных грузов классов 3, 5.1, 6.1 и 8, которые с учётом их физико-химических свойств могут быть перевезены в крытых вагонах с использованием полимерной тары. Расчёт проведён для фактических объёмов перевозок опасных грузов, выполненных Западно-Сибирской железной дорогой в 2012 году.

Годовой экономический эффект в случае отказа от деревянных обрешёток при перевозке опасных грузов в полимерных канистрах объёмом 30 дм3 определён по формуле:

Эг.э.эф. = (эа + Я х - (Э2 + Е х К2), (11)

где Эъ Э2 - текущие годовые издержки (годовые эксплуатационные расходы) по вариантам, руб.;

Къ К2 - капитальные вложения по вариантам, руб.; Е — норма дисконта.

Результаты расчёта даны в таблице 1. Таблица 1 - Экономическая оценка предлагаемого способа

транспортировки опасных грузов

Показатель Груз

Водорода пероксид (ООН 2014) Тосолы (ООН 2810) Кислота соляная (ООН 1789)

Т-км брутто за год, млн. т-км/год 91,17 110,57 65,20

Эксплуатационные расходы перевозчика по варианту 2 (с использованием обрешёток),млн. руб. 22,72 27,56 16,25

Экономия эксплуатационных расходов перевозчика по варианту 1 (без использования обрешёток), млн. руб. 1,11 1,35 0,80

Экономия эксплуатационных расходов грузоотправителя, млн. руб. 10,09 15,95 7,09

Суммарный экономический эффект, млн. руб. 11,20 17,30 7,89

Доля общего экономического эффекта, приходящаяся на участника перевозки: -для перевозчика - для грузоотправителя 9,94 90,06 7,81 92,19 10,09 89,91

Результаты расчетов показывают, что совокупный годовой

экономический эффект от устранения деревянных обрешёток при перевозке опасных грузов в полимерной таре в зависимости от тарифной категории груза составит от 7,8 до 17,3 млн. руб. Наибольшую выгоду при этом получает грузоотправитель, на долю которого приходится около 90% суммарного экономического эффекта. Анализ показал, что сокращение затрат грузоотправителя при отказе от внешней тары и деревянных обрешеток составит от 13,45 до 14,29 % в зависимости от провозной платы, характерной для конкретного наименования опасного груза.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании выполненного диссертационного исследования получены следующие основные выводы и результаты:

1. В международных и отечественных нормативно-правовых документах имеются существенные различия в требованиях к перевозке опасных грузов в полимерной таре, что вызывает затруднения в организации технологии перевозок и во взаимодействии различных видов транспорта, участвующих в перевозочном процессе.

2. Теоретическими и экспериментальными исследованиями нагрузок, действующих на транспортную тару в процессе перевозки, установлено, что наибольшая величина ускорений вагона возникает при выполнении маневровых операций, с учётом которых должна испытываться транспортная тара, разрабатываемая для перевозки опасных грузов.

3. Современная полимерная лента при использовании обвязок, увязок и стяжек обеспечивает требуемое усилие на разрыв и исключает развал груза при перевозке. Прочностные характеристики полимерных лент превосходят аналогичные характеристики металлических, и использование их гарантирует надёжность крепления груза на транспортном средстве и повышает безопасность перевозок.

4. При совершенствовании стандартов, изготовлении транспортной тары и использовании её в производственных процессах должны учитываться вибрационные и другие нагрузки, возникающие в процессе перевозки любым видом транспорта, выполнении погрузочно-разгрузочных работ и складировании.

5. Разработанные и испытанные в производственных условиях технологические схемы погрузки, размещения и крепления упакованных в полимерную тару опасных грузов в крытые вагоны позволяют обеспечить безопасную технологию перевозки опасных грузов без применения внешней тары и обрешёток для жидких и сыпучих грузов, обладающих высокой степенью опасности (легковоспламеняющихся жидкостей,

окислителей, органических пероксидов, ядовитых и коррозионных веществ).

6. При перевозке опасных грузов без обрешёток коэффициент использования грузоподъёмности вагонов составляет 0,863 и 0,879 при использовании в качестве тары полимерных канистр и бочек.

7. Расчёт технико-экономической эффективности от внедрения предлагаемой технологии перевозки опасных грузов показал, что при использовании полимерной транспортной тары без внешней тары и обрешёток сократятся издержки грузоотправителей, себестоимость перевозок за счёт улучшения использования транспортных средств, обеспечится безопасная технология перевозок и сохранность перевозимой продукции.

8. Перевозка опасных грузов классов 3, 5.1, 5.2, 6.1 и 8 в полимерной таре без внешней тары или обрешёток позволит сохранить существующий и привлечь дополнительный объём перевозок опасных грузов железнодорожным транспортом.

9. Разработанные предложения направлены на совершенствование нормативно-технической и правовой документации, регламентирующей перевозку опасных грузов в полимерной таре.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Публикации в ведущих рецензируемых изданиях и журналах, рекомендованных ВАК

Минобрнауки России:

1. Островский A.M., Кучкипа Е.М. (Бондаренко Е.М.) Исследование динамических нагрузок на тару при перевозке опасных грузов // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. - Новосибирск, изд-во НГАВТ. №1, 2010. - С. 70-75.

2. Островский A.M., Беляева Т.В., Бондаренко Е.М. Экономическая оценка использования полимерной тары для перевозки опасных // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. -2012. - №1. - С. 46-49.

3. Островский A.M., Бондаренко Е.М. Перевозка в крытых вагонах опасных грузов, упакованных в полимерную тару // Транспорт: наука, техника и управление. -2013. -№1,-С. 47-50.

Публикации в других журналах и научных изданиях:

4. Кучкипа Е.М. (Бондаренко Е.М.), Шипунова М.С. Повышение конкурентоспособности железных дорог при перевозке опасных грузов // Научно-Технические проблемы транспорта, промышленности и образования. Труды

Всероссийской научной конференции. Том 3. Хабаровск, 2008. - С. 17-18.

5. Кучкина Е.М. (Бондаренко Е.М.), Шипунова М.С. Исследование проблемы необходимости совершенствования системы перевозки опасных грузов // Материалы Всероссийской заочной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Интеллект - 2008». - С. 12-14.

6. Островский A.M., Кучкина Е.М. (Бондаренко Е.М.) Совершенствование условий перевозок опасных грузов в полимерной таре // Сборник научных трудов по материалам международной научно-практической конференции «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте и образовании' 2009». Том I, Транспорт, Туризм и рекреация. 21-28 декабря 2009 года. Одесса, 2009. - С. 7-11.

7. Кучкина Е.М. (Бондаренко Е.М.) О необходимости пересмотра условий перевозки опасных грузов в полимерной таре // Материалы VIII научно-технической конференции студентов и асшгрантов, посвященной 200-летию транспортного ведомства и транспортного образования России. Часть 1. Технические науки. 17-18 ноября 2009 г. Новосибирск, 2010. - С. 12-13.

8. Островский A.M., Кучкина Е.М. (Бондаренко Е.М.) Воздействие транспортных нагрузок на упакованные опасные грузы при перевозке // Материалы научно-практической конференции «Проблемы, пути и направления дальнейшего совершенствования природной, техногенной, пожарной безопасности населения и территорий субъектов Российской Федерации Сибирского федерального округа». 20-22 сентября 2011 г. Новосибирск, 2011 г. - С. 51-55.

9. Бондаренко Е.М. Обоснование эффективности применения полимерной транспортной тары для перевозки опасных грузов // Материалы научно-практической конференции «Проблемы и пути совершенствования гражданской обороны в субъектах Российской Федерации Сибирского федерального округа», г. Новосибирск, 26 сентября 2012г.-С. 59-64.

10. Бондаренко Е.М. Обоснование эффективности контрейлерных перевозок упакованных опасных грузов // Материалы научно-практической конференции «Проблемы и пути совершенствования гражданской обороны, природной, техногенной и пожарной безопасности населения и территорий субъектов Российской Федерации Сибирского федерального округа». 26 сентября 2013 г. Новосибирск, 2013 г. — С. 159-

161.

Подписано к печати Печать — ризография. Тираж 100 экз. Тип. ПГУПС

14 ноября 2013 г. Печ. л. - 1,0 Бумага для множит, апп. Формат бумаги 60x84 1/16 Заказ № 1131.

190031, Санкт-Петербург, Московский пр., д.9

ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный университет путей сообщения»

На правах рукописи /___

0420145488*

Бондаренко Екатерина Михайловна

Обоснование рационального способа перевозки опасных грузов в

полимерной таре

05.22.08 - Управление процессами перевозок (технические науки)

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук

Научный руководитель Заслуженный работник

транспорта РФ, д-р техн. наук, проф. Островский A.M.

Новосибирск - 2013

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 4

1. Состояние вопроса и задачи исследования * 10

1.1 Современное состояние вопроса и обзор литературных 10 источников

1.2 Международный опыт перевозки опасных грузов в полимерной 18 таре

1.3 Отечественный опыт перевозки опасных грузов в полимерной 22 таре. Результаты научных исследований в данной области

Выводы по главе 1 25

2 Теоретические и экспериментальные исследования нагрузок, 27 действующих на тару и упаковку в процессе перевозки

2.1 Нагрузки, действующие на тару и упаковку при перевозке и 27 хранении на складе

2.2 Теоретическое исследование нагрузок, действующих на тару в 41 процессе перевозки

Выводы по главе 2 47

3 Требования к таре и упаковке при перевозке опасных грузов в 50 зависимости от их свойств и вредных воздействий на окружающую среду

3.1. Общие требования к транспортной таре и упаковке 50

3.2 Специальные требования к транспортной таре при перевозке 55 опасных грузов

3.3 Требования к испытаниям транспортной тары при перевозке 58 опасных грузов

Выводы по главе 3 64

4 Размещение и крепление груза в предлагаемой таре в крытых 67 вагонах

4.1 Крепление тарно - штучных грузов в крытом вагоне 67

4.2 Разработка возможных вариантов перевозки упакованных 68 опасных грузов в крытом вагоне

4.3 Способ размещения и крепления опасных грузов в крытом 75 вагоне

4.4 Методика расчета размещения и крепления упакованных 76 опасных грузов в крытом вагоне

4.5 Расчет схем размещения и крепления опасных грузов в крытом 86 вагоне

Выводы по главе 4 95

5 Технико - экономическое обоснование внедрения современной 97 тары и её использования при перевозке опасных грузов

5.1 Постановка задачи 97

5.2 Методические аспекты экономической оценки предлагаемого 100 способа перевозки опасных грузов

5.3 Расчет экономического эффекта от внедрения предлагаемого 109 метода перевозки упакованных опасных грузов

Выводы по главе 5 118

Заключение 120

Список использованной литературы 122

Приложение 1 134

Приложение 2 138

Приложение 3 141

Приложение 4 145

Приложение 5 149

Приложение 6 153

Приложение 7 157

ВВЕДЕНИЕ

Перевозка опасных грузов приносит высокий доход железнодорожному транспорту, но в то же время содержит огромный потенциальный риск возникновения аварийной ситуации. Необходимо создать такие условия перевозок опасных грузов, при которых грузоотправителям и грузополучателям было бы выгодно пользоваться услугами именно железнодорожного транспорта. В противном случае клиенты могут предпочесть железнодорожному другой вид транспорта, а перевозчик понесёт колоссальные убытки. В то же время нельзя забывать о том, что при перевозке опасных грузов должен быть обеспечен требуемый уровень безопасности и исключена возможность возникновения аварийной ситуации. Нужно найти такой вариант решения каждого спорного вопроса, который был бы выгоден и той, и другой стороне перевозочного процесса.

Опасные грузы могут перевозиться как наливом (в вагонах -цистернах), так и в транспортной таре (например, в крытых вагонах). Наливом перевозятся большие партии опасных грузов. Отправка упакованных опасных грузов может быть гораздо меньше. При этом вещество может быть не только жидким, но и твёрдым (например, порошкообразным).

При использовании транспортной тары необходимо определиться, из какого материала она должна быть изготовлена. Каждый материал имеет свои преимущества и недостатки, поэтому при осуществлении перевозки грузоотправитель (грузополучатель) выбирает тот или иной вид транспортной тары. Зачастую выбор материала транспортной тары основан на предыдущем опыте перевозок и не учитывает особенностей груза, вагона, расходов на приобретение транспортной тары, свойств современных материалов, достижений научно - технического прогресса и многого другого.

Полимерные материалы, как показывает практика, на данный момент являются достаточно прочными, а их использование - наиболее экономически целесообразно. Поэтому в диссертационной работе исследуются техническая возможность и экономическая целесообразность, а также особенности перевозки упакованных опасных грузов в полимерной таре.

Перевозка опасных грузов осуществляется в соответствии с Правилами перевозок опасных грузов по железным дорогам [1]. Положения, касающиеся использования полимерной тары при транспортировании опасных грузов, определяют условие: «опасные грузы в полимерных банках, бидонах и канистрах должны быть упакованы в деревянные ящики или обрешётки». [1] К грузам, упакованным в полимерные бочки, применяется то же условие.

В то же время, тарно - упаковочная промышленность развивается стремительными темпами. Современные полимерные материалы имеют свойства, позволяющие использовать их в качестве транспортной тары для перевозки опасных грузов. В нашей стране и за рубежом работает большое количество заводов по производству полимерной тары различного назначения. Одним из наиболее крупных тарных заводов в Российской Федерации является ЗАО «Завод тарных изделий» - официальный представитель немецкого концерна «Mauser». Вся транспортная тара, изготавливаемая на этом предприятии, проходит необходимые испытания, поэтому, в соответствии с международными регламентами, может быть рекомендована в качестве транспортной тары для перевозки опасных грузов.

Решение проблемы усложняется и тем, что положения Правил перевозок опасных грузов по железным дорогам [1] и международных регламентов по перевозке опасных грузов (например, Приложения 2 к СМГС [2]) по вопросу использования полимерной тары различны. Если в [1] перевозка упакованных опасных грузов в полимерную тару без внешней тары и обрешётки запрещена, то в [2] допускается.

В то же время, устранение деревянных обрешёток при использовании полимерной тары позволит повысить загрузку вагона перевозимым грузом, улучшить использование грузоподъёмности вагона, снизить себестоимость перевозки, а также сократить издержки грузоотправителей и грузополучателей, не снижая уровня безопасности перевозок.

Поэтому исследование возможности перевозок упакованных опасных грузов в полимерной таре без использования обрешёток является важным и актуальным. Целью диссертационной работы является обоснование рационального способа безопасной перевозки в крытых вагонах жидких и сыпучих опасных грузов в полимерной таре без использования внешней тары или обрешёток, что обеспечивает снижение транспортных издержек.

Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие основные задачи:

выполнить анализ современного состояния, теоретических исследований и практического использования различных видов транспортной тары при существующей технологии перевозок опасных грузов;

- провести теоретические и экспериментальные исследования воздействия динамических нагрузок на вагон и транспортную тару на всех этапах перевозочного процесса для разработки требований к полимерной таре при перевозке опасных грузов;

- определить возможность использования полимерной транспортной тары при перевозке опасных грузов без внешней тары и обрешёток;

- разработать технологию перевозки упакованных в полимерную тару опасных грузов на основе рекомендаций по размещению и креплению их при перевозке в крытых вагонах;

обосновать техническую возможность и экономическую целесообразность предлагаемых рекомендаций по применению полимерной тары для перевозки опасных грузов в крытых вагонах.

Научная новизна диссертационной работы заключается в:

- выявлении несоответствия в отечественных и международных нормативно - правовых документах, регламентирующих перевозку опасных грузов, с целью их устранения и унификации этих документов;

- определении реально действующих динамических нагрузок на транспортную тару, позволяющих сформулировать требования к её прочностным характеристикам;

- классификации требований к полимерной транспортной таре, предназначенной для обеспечения безопасной технологии перевозок грузов; в том числе в выявлении общих требований, предъявляемых к полимерной таре, а также специальных, предъявляемых при перевозке грузов высокой степени опасности;

- совершенствовании безопасной технологии перевозки упакованных опасных грузов в полимерной таре без применения внешней тары и обрешетки, а также обосновании возможности безаварийного использования предложенных мероприятий.

Практическая ценность научного исследования состоит в обосновании возможности:

- использования наиболее дешевого и надежного способа перевозки различными видами транспорта большой номенклатуры опасных грузов;

- сокращения расходов на производство транспортной тары, улучшения использования транспортных средств и складского хозяйства;

- улучшения условий и повышения производительности труда персонала, участвующего в перевозке опасных грузов и их хранении на складах;

- повышения безопасности перевозки опасных грузов как во внутреннем, так и в международном сообщениях;

- применения механизированного способа переработки опасных грузов в процессе перевозки, выполнения погрузочно - разгрузочных работ и складирования за счет предложенных условий перевозки и технологии работ

с опасными грузами, перевозимыми в полимерной таре, обеспечивая безопасный уровень перевозок.

Объектом исследования является применяемая технология перевозки упакованных опасных грузов. Предметом исследования являются границы возможности использования полимерной транспортной тары при перевозке опасных грузов в крытых вагонах.

При выполнении работы использовались методы системного анализа, сравнительной топологии экспертных оценок, математической статистики, а также сравнительного анализа на основе технико - экономических расчётов. При решении поставленных задач были также использованы такие методы исследования как анализ и эксперимент.

Выводы, полученные при исследовании рассматриваемой проблемы, приняты к использованию Службой коммерческой работы в сфере грузовых перевозок Западно - Сибирской железной дороги - филиала ОАО «РЖД», ФГУП «Куйбышевский химический завод», а также в учебном процессе Сибирского государственного университета путей сообщения при подготовке инженерных кадров и повышении квалификации персонала, участвующего в перевозочном процессе.

Основные результаты исследования доложены на научно практических конференциях:

- Наука и молодежь XXI века. VIII научно - техническая конференция студентов и аспирантов, посвященная 200 - летию транспортного ведомства и транспортного образования в России. 17 - 18 ноября 2009 г.

- Международная научно - практическая конференция «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте и образовании' 2009». 21 -28 декабря 2009 г.

- Международная выставка и научный конгресс «Спассиб -Сиббезопасность - 2010». 21-23 сентября 2010 г.

VII Всероссийская научно - техническая конференция

«Политранспортные системы». 25 - 27 ноября 2010 г.

- Международный научный конгресс «ГЕО - Сибирь - 2011». 25 - 27 апреля 2011 г.

- Международная выставка и научный конгресс «Спассиб -Сиббезопасность - 2011». 20 - 22 сентября 2011 г.

- Научно - практическая конференция «Проблемы, пути и направления дальнейшего совершенствования природной, техногенной, пожарной безопасности населения и территорий субъектов Российской Федерации Сибирского федерального округа». 20 - 22 сентября 2011 г.

Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 10 работах в виде научных статей, в том числе трёх статей, опубликованных в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы, включающего 118 источников, и семи приложений. Содержание работы изложено на 121 странице основного текста, включающего 18 таблиц, 20 рисунков, и 31 странице приложений.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Современное состояние вопроса и обзор литературных источников

Для выявления наиболее распространенного материала, используемого при производстве транспортной тары, были рассмотрены статистические данные, приведенные на рисунке 1.1 [3].

Рисунок 1.1 - Изменение структуры потребления транспортной тары в РФ Приведенные на рисунке 2 данные свидетельствуют о том, что в 80 - х гг. XX века наиболее популярным материалом при изготовлении транспортной тары являлась древесина, а для опасных грузов - металл и стекло. Канистры, бидоны, бочки для транспортирования рассматриваемого вида груза производились, в основном, из металла. Интерес к изучению свойств полимерных материалов в то время только начал появляться. К тому же прочность и химическая стойкость не имели достаточного обоснования, поэтому применение таких материалов для упаковки опасных грузов не представлялось возможным.

В настоящее время примерно в 6 раз возросло потребление картона для изготовления транспортной тары, что связано с применением более прочных и стойких к химическому воздействию материалов для упаковки перевозимых грузов. Картон постепенно заменил древесину, что привело к

снижению потребления древесных материалов в упаковочной промышленности транспорта в 10 раз. Динамика потребления металлов, стекла и тканей для производства транспортной тары также является отрицательной. Это связано с возрастанием объема производства полимерной транспортной тары. Из полимерных материалов в настоящее время можно изготовить любой вид тары: ящики, мешки, канистры, барабаны, бидоны, бочки. Использование данного материала в упаковочной промышленности становится технически обоснованным и экономически выгодным, а прочностные свойства данного материала позволяют составить конкуренцию не только стеклу, бумаге и ткани, но и металлу.

Для производства полимерной тары используются такие материалы как полиэтилен, поливинилхлорид, полистирол, полипропилен и другие. Пластмассовые ящики изготавливаются из полиэтилена высокого давления. Полиэтиленовые бочки предназначены для перевозки и хранения различных видов жидкостей, а также сыпучих материалов. Применение таких бочек позволяет уменьшить потери, а также сократить издержки, связанные с применением дорогостоящих упаковочных материалов - древесины и металла. При перевозке и хранении жидких опасных грузов также широко используются полимерные канистры и бутыли, вместительность которых мала по сравнению с емкостью барабанов. При перевозке сыпучих грузов широко используются полиэтиленовые мешки. [4]

Транспортная тара для перевозки опасных грузов должна обеспечивать сохранность перевозимого груза, так как россыпь или утечка опасного груза приводит не только к потерям перевозимой продукции, но и к возникновению аварийной ситуации. Поэтому Правилами перевозок опасных грузов [1,2] предусмотрено проведение испытаний транспортной тары перед началом её использования. Современная полимерная тара неоднократно подвергалась таким испытаниям в различных независимых лабораториях. Специалистами установлено, что полимерная тара удовлетворяет всем

требованиям, изложенным в нормативно - правовых источниках по перевозке опасных грузов, и может быть использована для перевозки опасных грузов.

Наиболее часто используемыми документами при перевозке опасных грузов во внутреннем и межгосударственном сообщении являются Правила перевозок опасных грузов по железным дорогам [1], а в международном -Приложение 2 к СМГС [2]. Однако положения этих нормативно - правовых документов в области регламентации использования полимерной тары для транспортирования опасных грузов имеют ряд несоответствий.

В [1] требования к упаковке опасных грузов носят общий характер. В главе 2, устанавливающей требования к перевозке опасных грузов в крытых вагонах и контейнерах, дана ссылка на ГОСТ 26319 - 84 «Грузы опасные. Упаковка». Требования к полимерной таре изложены следующим образом: «Полимерная тара должна быть изготовлена из материалов, устойчивых к старению, вызываемому воздействием упаковываемого продукта или ультрафиолетового излучения, и должна обеспечивать сохранность груза при транспортировании и хранении» [5]. Данное положение не содержит в себе никаких конкретных физических величин или технических требований, поэтому доказать, что оно не выполнено, практически невозможно, если не произошла