Новости дня

Мероприятия

Задать вопрос участникам круглого стола
Закрыть
Вопрос участнику
Защита от автоматического заполнения   Введите символы с картинки*

Результаты разработки и постановки на производство модельного ряда вагонов-хопперов нового поколения

Грузовые перевозки | Вторник | 17.11.2015 | 17:56


 | Грузовые перевозки
Gudok.ru

По состоянию на 2010 год, находящийся в эксплуатации на железных дорогах колеи 1520 мм грузовые вагоны морально устарели. В это время начинается ввод в эксплуатацию вагонов нового поколения с улучшенными технико-экономическими характеристиками. С целью определения перспективных типов инновационных вагонов для разработки и постановки на производство выполнен обзор и анализ железнодорожных грузоперевозок и сделан прогноз рынка грузовых вагонов. Обоснована целесообразность разработки модельного ряда вагонов-хопперов нового поколения. Для создания подвижного состава с улучшенными технико-экономическими характеристиками разработана методика системного проектирования вагонов-хопперов. В данной статье приведены основные результаты выполненной с использованием методики разработки шести новых моделей для перевозки зерна, минеральных удобрений и цемента. Для крупносерийного производства вагонов-хопперов создана специальная технологическая линия. Проведенный комплекс научно-исследовательских, опытно конструкторских и проектно-технологических работ позволил разработать и подготовить серийное производство моделей вагонов-хопперов и оборудовать новую технологическую линию производительностью до 7 тыс. единиц продукции.

 

В конце первого десятилетия 21 века в эксплуатации на железных дорогах колеи 1520 мм находились грузовые вагоны с осевой нагрузкой до 23,5 тс. и массой брутто до 94 т. Парк подвижного состава был сильно изношен и морально устарел. В основном это были вагоны, спроектированные во второй половине 20 века, но даже модели, разработанные в начале 2000- х годов отличались незначительным улучшением технико-экономических показателей. Так, грузоподъемность универсальных полувагонов составляла 69,5 т при объеме 88 м3, а вагонов-хопперов 70 т и 94 м3 соответственно [1]. Межремонтные нормативы составляли 210 тыс. км или 3 года. Эти показатели существенно отставали от характеристик вагонов аналогичного назначения, используемых в странах с развитыми железнодорожными перевозками. Например, в северной Америке стандартная масса брутто грузовых вагонов колеи 1435 мм составляет до 130 т, грузоподъемность до 108 т, а межремонтные нормативы до 1 мл км и 10 лет.

В начале второго десятилетия 21 века ряд вагоностроительных компаний Росси и стран СНГ завершил разработку и освоил серийное производство ходовых частей с увеличенной до 25 тс осевой нагрузкой. Применение таких тележек позволило приступить к созданию вагонов нового поколения с улучшенными технико-экономическими показателями. Первыми в эксплуатацию на пути колеи 1520 мм вышел наиболее массовый тип – универсальный полувагон. В то же время, перед маркетологами, разработчиками и производителями вагонов встала задача определить основные направления и перспективные типы подвижного состава нового поколения, создать его и поставить на серийное производство. Разработанные новые модели вагонов должны были пользоваться устойчивым спросом на рынке, обладать высокой эффективностью для всех участников перевозочного процесса и низкой себестоимостью изготовления.

 

Обзор и анализ железнодорожных грузоперевозок и рынка грузовых вагонов

На первом этапе был выполнен анализ грузовых железнодорожных перевозок. Его целью являлось определение номенклатурных групп грузов для перевозки в перспективном подвижном составе и оценка потребности в вагонах для этих грузов. Так как для окупаемости разработки и подготовки производства, а также получения прибыли, новая модель вагона должна производиться и быть востребованной в течении 5 – 7 лет, на этот период необходим прогнозируемый устойчивый спрос. Исследования рынка выполнялись в период 2012 - 2013 годов, и сделанный прогноз подтвердился полученными в последующий период ежегодными данными. Поэтому, в данной статье мы приводим фактические данные за период с 2011 по 2015 год, на момент написания статьи, а также прогноз перевозок до 2020 года.

Для оценки потребности в вагонах разных типов, все грузы были разделены на номенклатурные группы, относящиеся к одному виду используемого для перевозки подвижного состава. Данные по грузоперевозкам показали, что наиболее массовыми (58,5%) являются перевозки в универсальных полувагонах таких грузов как уголь, строительных грузы и руды. Значительный объем (20,5%) составляют перевозки нефти и нефтепродуктов в вагонах-цистернах. Далее следует номенклатурная группа грузов, перевозимая в вагонах-хопперах (7,8 %). К таким грузам относятся химические и минеральные удобрения, цемент и зерновые грузы. Лесные грузы (3%) перевозятся специализированными вагонами-платформами. (Рис. 1). Наибольший рост объемов перевозок грузов прогнозировался для полувагонов и вагонов – хопперов, и этот прогноз впоследствии подтвердился. Данные за 2011-2015 годы показали рост перевозки сыпучих грузов в вагонах-хопперах на 5,2% до 100 млн. тонн. Увеличение грузооборота происходило как за счет роста внутренних перевозок, так и экспортных в страны Дальнего Зарубежья и СНГ. Сделанный в 2015 году прогноз до 2020 года показывает дальнейший рост перевозок на 13,7%, до 116 млн тонн. (Рис. 2).

Рис-1.jpg
Рис. 1 Динамика объемов погрузки по основным видам грузов

Рис-2.jpg
Рис. 2 Прогноз объемов погрузки по основным видам грузов

 

С целью определения типа подвижного состава для разработки и постановки на производство была проведена оценка потребности в вагонах на прогнозируемый период. Так как полувагоны нового поколения уже были поставлены на серийное производство, рассматривались остальные типы подвижного состава. Прогноз показал, что парк вагонов-цистерн для перевозки нефтепродуктов будет избыточным в связи с вводом новых трубопроводов и пополнением новыми вагонами в период 2000-2005 годов.

Потребность в вагонах-хопперах основных типов на период с 2013 до 2018 года оценивалась на уровне 35 тыс. штук для перевозки минеральных удобрений, 45 тыс. для зерна и 45 тыс. для цемента. По состоянию на 2013 год действующий парк был изношен и возраст более 70% вагонов превышал половину срока службы. По данным на 01.11.2015 г. в эксплуатации находились 44 тыс. вагонов-хопперов для зерна и 29 тыс. для минеральных удобрений.

На основании проведенного маркетингового исследования была обоснована целесообразность разработки типоразмерного ряда инновационных вагонов-хопперов, включающая модели для перевозки минеральных удобрений, зерновых грузов и цемента.

 

Методика проектирования вагонов-хопперов

При разработке грузовых вагонов старых типов обычно применялась методика проектирования [2, 3, 4], при использовании которой новую модель получали путем доработки отдельных составных частей конструкции, проверенной многолетней эксплуатацией. Как правило, изменения вносили в несущую конструкцию, а также загрузочное и разгрузочное устройства. Например, разрабатывался кузов большего объема, при этом его масса также возрастала, а грузоподъемность вагона снижалась. Показатели эксплуатационной надежности и межремонтные нормативы не изменялись. В результате, улучшение одних показателей приводило к ухудшению других, и в целом технический уровень оставался неизменным. Поэтому, для создания инновационного подвижного состава необходимо существенное изменение характеристик составных частей вагона, то есть внесение изменений или новая разработка нескольких или всех основных систем – ходовых частей, несущей конструкции, тормозной системы, автосцепного устройства. Такой подход принципиально отличается от применявшихся до настоящего времени методик конструирования грузовых вагонов. Для эффективного решения задачи создания грузового подвижного состава нового поколения включая создание усовершенствованных комплектующих была адаптирована применяемая в других областях техники методика системного проектирования.

Разработанная методика системного проектирования грузовых железнодорожных вагонов позволяет последовательно решить задачи внешнего и внутреннего проектирования. На этапе внешнего проектирования рассматривается система коммерческой эксплуатации, в которой подсистемами являются железнодорожные перевозки, система грузоотправителя и грузополучателя, а также подвижной состав. Решается задача оптимизации характеристик грузового вагона по критерию экономической эффективности. В результате получаем основные технико-экономические показатели разрабатываемого вагона, оптимизированные по критерию эффективности и принципиальные решения для конструкции.

На этапе внутреннего проектирования грузовой вагон рассматривается как система, состоящая из взаимодействующих подсистем - кузова, загрузочного и разгрузочного устройств, ходовых частей, тормозной системы и автосцепного устройства. Каждая подсистема формируется в рамках ограничений, налагаемых системой вагона в целом, и оптимизируется для получения заданных технико-экономических показателей вагона. В результате разработанная конструкция всех составных частей и вагона в целом, соответствуют определенным на этапе внешнего проектирования технико-экономическим показателям и имеет минимальную стоимость.

 

Разработка модельного ряда вагонов-хопперов

По результатам анализа железнодорожных перевозок и прогнозирования спроса на грузовые вагоны было принято решение разрабатывать модельный ряд вагонов-хопперов, включающий вагоны для перевозки зерна, различных минеральных удобрений и цемента. Обзор зерновых грузов показал, что перевозятся как пшеница с насыпной плотностью 0,78-0,82 т/м3 так и легкий шрот с плотностью 0,59-0,67 т/м3. Минеральные удобрения также могут быть как с плотностью около 1 т/м3, так и 0,7 т/м3. Обследование пунктов погрузки и разгрузки показало, что, для беспрепятственной погрузки, высота вагонов для зерна и для минеральных удобрений ограничена значением 4,85 м, а для вагонов-цементовозов 4,45 м. Большинство эстакад рассчитано на одновременную работу с двумя или несколькими вагонами и имеют ограниченную длину и фиксированное положение грузоподающих и грузоприемных устройств. Поэтому, при длине вагона больше чем у находящихся в эксплуатации, время погрузки и разгрузки будет увеличиваться с 5 - 8 минут до 15 – 30 минут из-за необходимости передвижки подвижного состава. При этом производительность и пропускная способность пунктов грузоперевалки снизятся в 2-3 раза.

В процессе решения внешней задачи проектирования выбиралось сочетание основных технико-экономических показателей вагона, таких как объем, грузоподъемность, стоимость производства, обеспечивающих максимальную эффективность использования. При разработке конструкции, наиболее сложной являлась задача получения необходимого объема кузова для размещения груза равного по массе грузоподъемности вагона при существующих ограничениях длины и высоты вагона. Результаты выбора оптимальных параметров показали, что, для удовлетворения потребностей перевозчиков всех видов грузов, модельный ряд вагонов-хопперов для зерна и для минеральных удобрений целесообразно сформировать из моделей с объемом 101 м3 и 120 м3. В то же время, металлоконструкции кузовов вагонов для перевозки зерна и для минеральных удобрений могут быть унифицированы. Для вагонов-хопперов для цемента также целесообразно применение двух исполнений кузовов, отличающихся высотой на 100 мм и объемом на 4 м3. Вагон с меньшим объемом может беспрепятственно загружаться на вех существующих эстакадах, но требует разравнивания естественного откоса груза под загрузочными люками.

В результате проведенных исследований и опытно-конструкторских работ был разработан модельный ряд вагонов-хопперов (табл. 1) (рис. 3 и 4).

 

Таблица 1. Разработанные вагоны-хопперы.

Обозначение модели

19-9870

19-9870-01

19-9549

19-9550

19-9550-01

Назначение

Для минераль-
ных удобрений

Для зерна

Для зерна

Для цемента

Грузоподъемность, т

76,5

76,0

79,0

Объем кузова, м3

101

120

69,7

72

Масса тары, т

23±0,5

23,5±0,5

20,5±0,5

Длина по осям сцепления автосцепок, мм

14 720

14 720

12 020

База вагона, мм

10 500

10 500

7 800

Высота вагона от уровня верха головки рельсов, мм

4 764

4840

4444

4544

Углы наклона конструктивных элементов кузова, град:

- торцевая стена

- стены бункера

 

 

 

 

50

50

 

 

 

 

35

50

 

 

 

 

50

50

Количество люков, шт.:

- загрузочных

- разгрузочных

 

 

4

6

 

 

5

6

 

 

4

4

Габарит вагона

1-Т

Осевая нагрузка, кн (тс)

245 (25,0)

 

 

Рис-3.jpg
Рис. 3. Вагон-хоппер для перевозки минеральных удобрений модели 19-9870


Рис-4.jpg
Рис. 4. Вагон-хоппер для перевозки цемента модели 19-9550


Создание технологических линий для производства вагонов-хопперов.

Для выпуска запланированной серии вагонов-хопперов нового поколения при обеспечении минимальной себестоимости и стабильном качестве производства была спроектирована, оснащена и запущена универсальная технологическая линия. Производственная сборочно-сварочная линия располагается в вагоносборочном корпусе «ТВСЗ».

При проектировании линии, в основу разработки была принята концепция создания производства с возможностью быстрой переналадки под выпуск различных моделей вагонов-хопперов, что позволило бы гибко реагировать на изменение спроса на рынке грузовых вагонов [5]. Для достижения заданной производительности до 18-ти вагонов в сутки, при проектировании оборудования и оснастки необходимо было применить решения, позволяющие совместить универсальность и высокий уровень механизации. Поставленная цель была реализована за счёт применения модульного принципа конструкции оборудования. Крупные сборочные стенды (рис.5) имеет общее основание, на которое устанавливаются сменные блоки с базирующими и прижимными элементами. Такое решение позволяет за короткий промежуток времени выполнить переналадку стенда, даже если в его конструкции применены сложные гидравлические или пневматические системы. В качестве примера, следует отметить конструктивные решения, применённые в стенде сборки кузова (рис. 6). Применение специальных направляющих позволяет изменять положение гидравлических цилиндров в зависимости от габаритов и контура вагона, а перекатные порталы обеспечивают поджатие бункеров к боковым стенам в любой необходимой точке, что исключает зазоры в сварных соединениях.

Для обеспечения высокого уровня безопасности и качества выполнения сварочных работ, на позициях сварки крупных узлов установлены кантователи, позволяющие выполнять сварной шов в нижнем положении. В зависимости от свариваемого узла, оборудование выполнено с применением различных конструктивных решений. Особенностью кондукторов для сборки и вращения рам является крепление собираемой конструкции за розетки передних упоров. Это позволяет максимально быстро загружать и выгружать раму, при этом одна из опор имеет возможность смещаться на заданное расстояние, в зависимости от габарита вагона. В поворотном сборочном стенде торцевых стен закрепление деталей выполняется в специальном спутнике (рис. 7), который обеспечивает надёжную и жесткую фиксацию конструкции и препятствует возникновению сварочных деформаций.

Для обеспечения заданного времени такта выпуска изделий, производственная линия объединяет несколько различных способов организации производства. При стендовой технологии входящие в состав кузова сборочные единицы перемещаются грузоподъемным оборудованием от одного рабочего цента центра к другому, а изделия в процессе выполнения операций остаются неподвижными. При конвейерном способе производства кузов вагона-хоппера перемещается на технологических тележках по рельсовому пути с регламентированным ритмом между операциями сборки-сварки. Таким образом, всё оборудование в производственной линии выстроено в строгой технологической последовательности, а применённые при проектировании оснастки конструктивные решения позволяют максимально эффективно использовать производственные площади и сократить потери времени. Так, например, кантователь для сварки крыши спроектирован таким образом, что загрузка и выгрузка изделия выполнялась как в нормальном, так и в перевернутом положении. Это позволяет выполнять сборку крыши в перевёрнутом положении для удобства работников, далее в этом же положении устанавливать ее в сварочный кондуктор-вращатель, а после сварки извлекать в нормальном положении для установки на кузов. В качестве еще одного примера, можно привести кантователь для сварки кузова, который установлен над рельсовыми путями и выполнен «проходным», что позволяет выполнять операцию сварки прямо на конвейере без дополнительных перемещений.

Рис-5.jpg
Рис.5 – Стенд сборки боковых стен вагона-хоппера

Рис-6.jpg
Рис.6 – Стенд сборки кузова вагонов-хопперов

Рис-7.jpg
Рис.7 – Кантователь для сварки торцевых стен вагона-хоппера

 

На производственной линии возможен поочерёдный выпуск нескольких моделей вагонов-хопперов. По состоянию на конец 2015 года предприятия Тихвинской промышленной площадки получили технологические возможности для производства до 7000 вагонов-хопперов всех основных типов.

 

Проведенные в 2012 - 2013 годах маркетинговые исследования позволили выявить и спрогнозировать на следующие 5-7 лет устойчивую потребность в вагонах хопперах для зерна, минеральных удобрений и цемента. Для создания инновационного подвижного состава разработана методика системного проектирования грузовых вагонов. Проведенные исследования и выбор оптимальных по критерию эффективности вариантов конструкции вагонов-хопперов для перевозки целевых грузов показали, что, для удовлетворения потребностей всех грузоотправителей и грузополучателей, целесообразно разрабатывать и ставить на производство модельный ряд вагонов с разным объемом кузова. В результате, на основании определенных технико-экономических показателей, были созданы шесть моделей и модификаций вагонов-хопперов, приспособленных для перевозки грузов различной плотности и адаптированных ко всем имеющимся пунктов погрузки и разгрузки.


a:2:{s:4:"TEXT";s:844:"

Список литературы:

1.   Грузовые вагоны железных дорог. Альбом справочник. Москва, ПКБ ЦВ, 1988 г.

2.   Смольянинов А. В. Конструирование и расчет вагонов : метод. рекомендации / А. В. Смольянинов, В. А. Пранов. – Екатеринбург : УрГУПС, 2017. – 147 с.

3.   Шадур Л.А. Развитие отечественного вагонного парка. Москва, «Транспорт» 1988 г.- 279 c.

4.   Устьянцев С.В., Першхайдо Н.В.. Эра Лоренцо. Опыт успешной адаптации иностранных конструкций и технологии транспортного машиностроения. Нижний Тагил, ОАО «УВЗ», 2012 г.- 196 с.

5.   Приходько В.И. Комплексная механизация и автоматизация производства сварных конструкций в вагоностроении. г. Полтава, «Издательство Полтава», 1999 г.– 427 с.


";s:4:"TYPE";s:4:"HTML";}
Савушкина Юлия Викторовна, кандидат экономических наук

Cегодня в СМИ

Первые лица