Новости дня

Особенности и характерные проблемы перевозки сыпучих грузов в вагонах бункерного типа

Машиностроение | Среда | 30.05.2018 | 21:45
 | Машиностроение
Gudok.ru
Анализ тенденций развития современного вагоностроения показывает, что вагоны нового поколения проектируются с учётом обеспечения максимальной эффективности их эксплуатации. Разрабатываемый подвижной состав должен значительно ускорить и повысить уровень механизации погрузочно-разгрузочных процессов, увеличить степень сохранности перевозимого груза, а также обеспечить высокую надежность, ремонтопригодность и минимальную стоимость жизненного цикла вагона.

savu.jpg
Юлия Савушкина, кандидат экономических наук, вице-президент по науке НП «Объединение предприятий сталелитейной промышленности»

На железнодорожном транспорте перевозится широкая номенклатура грузов, имеющая разные физико-химические свойства, подавляющую долю из которых составляют сыпучие грузы (табл. 1).

Перевозка насыпных грузов агропромышленного и минерально-химического комплекса осуществляется в специализированном подвижном составе бункерного типа – хопперах-минераловозах и хопперах-зерновозах.

Сегодня во главе угла остро стоит вопрос оптимальной эффективности перевозок на фоне неполного соответствия ранее спроектированного парка вагонов-хопперов современным требованиям участников рынка перевозок. Номенклатурные группы, для которых ранее проектировались вагоны, разрабатывались в основном по критериям безопасности перевозки и сохранности груза, а именно: по их химической совместимости при перевозке в одном вагоне и влиянию на них атмосферных осадков.

При этом в значительно меньшей степени рассматривался критерий экономической эффективности перевозки, поскольку, например, только параметр насыпной плотности грузов по группам различается в 2–3 раза. Варианты исполнения кузовов и используемые агрегаты для осуществления выгрузки груза выбирались из исторически сложившихся условий и технологий перевалки. Однако сегодня рынок пришел к пониманию, что при проектировании подвижного состава необходимо учитывать и критерий экономической эффективности эксплуатации подвижного состава, особенно при условии возрастающего спроса на подвижной состав бункерного типа.

Сегменты перевозок зерна и минеральных удобрений являются одними из наиболее динамичных на железнодорожном рынке РФ. Правительством России в соответствии с Указом Президента Российской Федерации от 07.05.2018 г. №204 «О национальных целях и стратегических задачах развития Российской Федерации на период до 2024 года» разработана программа мероприятий, способствующих росту производительности не только сырьевых отраслей экономики таких, как нефтегазовая, металлургическая, химическая, но и несырьевых за счет развития агропромышленного комплекса. Особый акцент делается на развитие как внутреннего потребления, так и экспортной направленности поставок, что увеличивает загруженность всех транспортных отраслей.

За 3 квартала 2018 года объем погрузки основных видов грузов на железнодорожном транспорте составил 1 057,9 млн т, что на 3% больше, чем за тот же период прошлого года. При этом в 2017 году объем погрузки достиг 1 257,5 млн т, что является максимальным показателем за последние 5 лет. В структуре перевозок наблюдаются устойчивые тенденции роста в следующих сегментах, большую часть которых составляют насыпные грузы (см. табл. 1):

- Каменный уголь (+ 9%)
- Зерно и продукты перемола (+ 15%)
- Химические и минеральные удобрения (+6%)

tabll51.jpg

Таблица 1. Динамика объемов погрузки по основным типам грузов, млн т

Россия обладает уникальной сырьевой базой, позволяющей выпускать широкий спектр минеральных удобрений, соответствующий специфике сельского хозяйства внутреннего рынка и зарубежных стран. С 2013 года ежегодно обновляется абсолютный исторический максимум в производстве минеральных удобрений: например, по азотным удобрениям в 2017 году показатель погрузки составил 10,0 млн т (+5,1%), по калийным — 8,7 млн т (+11,6%), по фосфорным — обновлен максимум российского периода — 3,9 млн т (+9,2%).

Развитие агропромышленного комплекса (АПК) в период 2012-2017 гг. характеризовалось неравномерностью основных производственных показателей по сравнении с ситуацией в минерально-химической отрасли. Благоприятные природно-климатические условия, хорошая конъюнктура на отдельных мировых продовольственных рынках и меры государственной поддержки способствовали восстановлению отечественного АПК и повышению ряда показателей.

По итогам 2017 года валовой сбор урожая зерновых и зернобобовых культур в Российской Федерации составил 134,1 млн т, увеличившись на 13,5 млн т или 11,2% по сравнению с 2016 годом, что превысило прогноз Минсельхоза. При этом показатель погрузки в 2017 году составил 23,0 млн т, рост с предыдущим годом — на 21 %. 

Обязательное требование к подвижному составу — это его соответствие специфике перевозимого груза. Необходимо обеспечить сохранность груза и условия безопасности движения, а также получить максимальную эффективность перевозок, в том числе за счет снижения затрат на перевозку груза. Спрос на хопперы в условиях активного роста грузовой базы и серьезных инфраструктурных ограничений стал носить качественно новый характер: востребованы модели с параметрами, позволяющими обеспечить высокую эффективность перевозок без экстенсивного роста парка. 

Анализируя перевозки в хопперах, следует учитывать разницу физико-химических и других аспектов грузов. (табл. 2 и табл. 3).

tabl52.jpg
Таблица 2. Параметры номенклатур минеральных удобрений 


tabl53.jpg

Таблица 3. Параметры номенклатур зерна и зерновых продуктов 

Для перевозки указанного в табл. 1 и 2 перечня используется специализированный подвижной состав, который, с одной стороны, должен быть эффективен для перевозок конкретного груза, а, с другой, максимально универсален для широких номенклатурных рядов. В связи с этим при разработке и закупке вагонов-хопперов (как зерновозов, так и минераловозов) во внимание берутся такие технические характеристики, как объем кузова, количество загрузочно-разгрузочных люков, конструкция бункерных и торцевых стен, а также качество внутренней поверхности кузова (рис. 1). 
  
ris54.jpg

Рисунок 1. Структура парка хопперов-минераловозов и хопперов-зерновозов по объему кузова

Объем кузова вагона должен выбираться по усредненным параметрам насыпной плотности головных грузов с 5-10% недогрузом кузова, при условии полного использования грузоподъёмности. Из рисунка 1 следует, что в структуре парка хопперов-минераловозов наибольшую долю составляют вагоны-хопперы с объемом кузова от 80-89 м³ и от 90-99 м³, которые составляют порядка 80% от всего парка-минераловозов. 

На основании физико-химических параметров минеральных удобрений (см. табл. 2) была построена зависимость показателя погрузки наиболее массовых в перевозках видов минеральных удобрений от изменения объема кузова хоппера-минераловоза (рис. 2).


ris55.jpg
 
Рисунок 2 - Зависимость показателя погрузки различных типов грузов минеральных удобрения от изменения объема кузова хоппера-минераловоза

В настоящее время крупнейшие производители минеральных удобрений не специализируются на выпуске только одного вида минерально-химического продукта, а стараются расширять производственную линейку и увеличивать объем выпуска продукции. Для достижения универсальности перевозок и снижения затрат перевозчика на транспортировку как тяжелых, так и легких фракций минеральных удобрений, и перспективой дальнейшего развития осевой нагрузки с 23,5 тс до 25-27 тс наиболее перспективными объемами кузова в случае вагонов-минераловозов являются объемы кузова от 100-120 м³.
Например, хоппер-минераловоз модели 19-9835-01 производства Тихвинского вагоностроительного завода (рис.2), оснащенный ходовой частью с осевой нагрузкой 25 тс. Увеличенная до 76,7 т грузоподъемность и вместимость кузова вагона 101 м³ позволяют эффективно перевозить широкую номенклатуру минеральных удобрений. Использование специального двухкомпонентного покрытия обеспечивает надежную защиту кузова от агрессивного воздействия груза. 

ris57.jpg
Рисунок 3 - Вагон-хоппер нового поколения модели 19-9835-01

ris56.jpg

Примером дальнейшего развития универсальности подвижного состава груза может служить хоппер-минераловоз модели 19-9549-03 производства Тихвинского вагоностроительного завода (рис. 3), оснащенный инновационной ходовой частью с осевой нагрузкой 25 тс. Вместимость кузова вагона 120 м³ и увеличенная грузоподъемность вагона в сравнении с вагонами-аналогами позволяют эффективно перевозить широкую номенклатуру минеральных удобрений, как тяжелых фракций, так и очень легких. Использование специального двухкомпонентного покрытия обеспечивает надежную защиту кузова от агрессивного воздействия груза. 
ris58.jpg
     
Рисунок 4 - Вагон-хоппер нового поколения модели 19-9549-03

tabl57.jpg


Для хопперов-зерновозов характерна перевозка грузов более легких фракций с меньшей насыпной плотностью, чем у минеральных удобрений (табл. 3 и 4). Таким образом, наиболее популярными объемами кузова являются 90-99 м³ и 100-109 м³.

На основании физико-химических параметров зерна и зерновых продуктов (табл. 3) была построена зависимость показателя погрузки наиболее массовых зернопродуктов от изменения объема кузова хоппера-зерновоза (рис. 5).

ris59.jpg 

Рисунок 5 - Зависимость показателя погрузки различных типов грузов минеральных удобрения от изменения объема кузова хоппера-минераловоза

В связи с возрастающими экспортом зерна, в частности пшеницы, для транспортировки данного вида груза выбирается подвижной состав с объемом кузова порядка 101 м³, как у модели хоппера-зерновоза 19-9870-01 производства Тихвинского вагоностроительного завода (рис. 4). Объем кузова вагона-хоппера составляет 101 м³, что позволяет на 6-7 % увеличить его полезную загрузку и максимально использовать его грузоподъемность при перевозках легковесных зернопродуктов широкой номенклатуры.

ris60.jpg
Рисунок 6 - Вагон-хоппер нового поколения модели 19-9870-01

tabl61.jpg

При этом на долю объема кузова в 120 м³ приходится уже порядка 21 % от всего парка хопперов-зерновозов, что показывает устойчивую тенденцию к дальнейшему увеличению объема кузова хоппера-зерновоза. Хоппер-зерновоз 19-9549 производства Тихвинского вагоностроительного завода (рис. 4) обладает объемом кузова в 120 м³, что позволяет осуществлять более эффективную перевозку таких легковесных грузов, как шрот, солод, семена масличных культур, при возможности одинаково эффективной перевозки тяжелых грузов, таких как пшеница и ячмень.

ris62.jpg
Рисунок 7 - Вагон-хоппер нового поколения модели 19-9549

tabl64.jpg

Вагоны-хопперы предназначены для перевозки массовых сыпучих грузов и по способу разгрузки относятся к саморазгружающимся вагонам. Основной особенностью конструкции вагонов является кузов, выполненный в нижней части по форме бункера и имеющий вертикальные или скругленные боковые и наклонные торцевые стены, по которым груз самотекам смещается к разгрузочным люкам. В зависимости от устройства бункеров и расположения разгрузочных люков хопперы могут обеспечивать выгрузку в пространство между рельсами или на обе стороны от рельсовой колеи.
Многолетний опыт вагоностроительной отрасли при проектировании подвижного состава бункерного типа позволяет выделить группы показателей и другие аспекты, влияющие на технические параметры вагона (табл. 4).

tabl65.jpg

Таблица 4 – Показатели груза, влияющие на конструкцию вагона

Рассмотрим подробно влияние параметров груза на конструкцию вагона-хоппера на примере перевозки насыпного груза хлорида калия. Насыпная плотность груза зависит от производителя минерального удобрения и составляет порядка 0,72-0,98 т/м³. Оптимальный объем кузова хоппера-минераловоза при грузоподъемности вагона в 76 тонн (при условии использования инновационных тележек с осевой нагрузкой 25 тс) составляет в среднем порядка 101 м³. Для эффективной перевозки хлорида калия при показателе груза, как угол естественного откоса, нормированного в пределах 30-40 градусов, угол торцевых и бункерных стенок хоппера-минераловоза должен составлять порядка 50 градусов. В связи с агрессивным воздействием груза на внутреннюю поверхность кузова вагона должно быть нанесено антикоррозийное стойкое покрытие, предназначение для эксплуатации в определённом климате и стойком к погрузочно-разгрузочным работам. Кузов вагон должен обеспечивать сохранность перевозимого груза – конструкция разгрузочных люков при закрытых крышках должна исключать просыпания груза при транспортировке, а конструкция загрузочных люков должна исключить попадания атмосферных осадков в груз. Хлорид калия обладает таким показателем как слеживаемость груза, в связи с чем вагон должен быть оборудован усиленной конструкцией рам для возможности применения вибраторов.

Продолжим анализ влияния параметров насыпных грузов на конструкцию вагона, в частности таких параметров, как угол наклона торцевых стен и угол наклона бункера. Вагоны-хопперы для перевозки минеральных удобрений, то есть грузов, имеющих среднюю или высокую степень слеживаемости и относительно небольшие углы естественного откоса, могут иметь возможные затруднения при выгрузке груза. 

В настоящее время можно заметить тенденцию в вагоностроительной отрасли увеличения углов как наклона торцевых стен, так и бункера к показателям порядка 50-60° для обеспечения оптимальной выгрузки груза с минимальным применением дополнительного оборудования.

В случае хопперов-зерновозов и перевозки грузов с малой насыпной плотностью требуется максимально увеличить объем кузова и при этом обеспечить оптимальную выгрузку легковесных грузов (табл. 6).  Таким образом, для обеспечения полной выгрузки груза из хопперов-зерновозов углы наклона торцевых стен может быть уменьшены до 35 градусов, при этом могут применяться различные устройства типа вибраторов (стационарных или накладных). Таким образом, можно отметить, что оптимальным являются показатели угла наклона торцевых стен 35°-45° и угла наклона бункерных стен 45°-50°.

tabl66.jpg

Таблица 5 – Параметры вагонов-хопперов с учетной специализацией минераловозы

tabl67.jpg

Таблица 6 – Параметры вагонов-хопперов с учетной специализацией зерновозы


Рассмотренные выше аспекты позволяют утверждать, что основной особенностью и характерной проблемой перевозки сыпучих грузов является необходимость применения специализированного подвижного состава, обеспечивающего максимальную эффективность перевозок всех участников рынка агропромышленной и минерально-химической отраслей. Однако, для дальнейшего развития транспортной отрасли необходимо находить баланс между специализированным подвижным составом и универсальным подвижным составом, например, за счет реализации существующих тенденций к контейнеризации перевозок, при этом учитывая специфику перевозимого груза для обеспечения его сохранности груза и требований по безопасности движения. 

Юлия Савушкина, кандидат экономических наук, вице-президент по науке НП «Объединение предприятий сталелитейной промышленности»

Cегодня в СМИ

Первые лица