Продление срока службы грузовых вагонов – минераловозов - статьи | ООО "ЛокомотивСтройСервис" г. Самара

Продление срока службы вагонов – минераловозов - полезная информация

Для бестарной транспортировки минеральных удобрений широко используются специализированные крытые цельнометаллические грузовые вагоны бункерного типа - вагоны-хопперы. Основное достоинство грузовых вагонов – минераловозов - обеспечение высокой сохранности грузов и возможность быстрой саморазгрузки в специальные приемные устройства или на две стороны от пути.

Географическая удаленность добывающих предприятий от перерабатывающих, а также экспорт сырья обусловливают интенсивную эксплуатацию имеющихся вагонов - минераловозов. В настоящее время дефицит вагонов-хопперов для пере¬возки минеральных удобрений в ра¬бочем парке составляет порядка 8 тыс. вагонов, а к 2010 г., по данным ОАО «РЖД», нехватка подвижного состава может составить 29 тыс. вагонов. Закупка вагонов-хопперов для перевозки минеральных удобрений практически не производилась с 1993 г., поэтому парк интенсивно стареет, и к 2010 г. срок службы истечет примерно у 32 % вагонов.

С учетом складывающейся ситуации Федеральной программой «Модернизация транспортной системы России (2002 - 2010 гг.)» предусматривается производство капитального ремонта вагонов с продлением их срока службы (КРП). Такой вид ремонта позволит значительно снизить расходы на пополнение вагонного парка в ближайшей перспективе и при этом обеспечить необходимые объемы перевозок. Примерная стоимость ремонта грузовых вагонов с продлением срока полезного использования до 10-16 лет (половина срока службы нового вагона) в 1,8-2 раза меньше стоимости нового вагона существующего типа.

В настоящее время основу парка вагонов-минераловозов составляют вагоны-хопперы моделей 11-740 и 19-923 постройки Стахановского и Крюковского вагоностроительных заводов. Имеется незначительная часть вагонов, построенных в 1980-х годах для СССР финской фирмой «Раутаруукки».

Вагоны-хопперы отечественного производства имеют конструкцию рамы кузова с хребтовой балкой. Данная конструктивная схема имеет оптимальный показатель металлоемкости, так как основными регламентирующими в эксплуатации нагрузками являются продольные, а конструкция рамы представляет собой достаточно жесткую стержневую систему. Применение такой рамы актуально в вагонах с разгрузкой на стороны от пути, где хребтовая балка не мешает разгрузке перевозимого груза.

Кузова вагонов-минераловозов Крюковского и Стахановского вагоностроительных заводов изготовлены из обычной малоуглеродистой стали ВСт.Зсп5 или из низколегированной стали 10ХНДП, а основные несущие элементы рамы - из низколегированной стали 09Г2Д. Вагоны-минераловозы финской фирмы «Раутаруукки» изготавливались с обшивкой кузова и крышей из высоколегированной нержавеющей стали 316LN (отечественный аналог 02Х18АН12МЗ).

Минеральные удобрения являются продуктом химического производства и содержат в себе одно или несколько химических веществ. Воздействие на металлоконструкции водных растворов и увлажненных минеральных удобрений, попадающих в виде пыли при погрузо-разгрузочных операциях в различные полости, карманы, стыковые соединения, в сочетании с высокими циклическими напряжениями ускоряет появление усталостных трещин в деталях и узлах вагонов-минераловозов.

Элементами вагона, непосредственно влияющими на его долговечность и срок службы, являются рама и кузов. Все остальные детали и узлы вагона в случае выхода из строя или по истечении срока службы подлежат замене.

Для оценки состояния парка был проведен анализ отказов в течение года эксплуатации собственных вагонов-минераловозов ОАО «ФО-САГРОТРАНС» и ЗАО «ЕвросибСПб — транспортные системы». Всего проанализированы данные по 300 вагонам, направленным в текущий отцепочный ремонт по техническому состоянию. Средний возраст обследуемых вагонов составил 19,3 года.

Анализ неисправностей вагонов-минераловозов показал, что преобладающими причинами, вызывающими отцепки вагонов в ремонт, являются повреждения кузова -42%, трещины и изломы балок рамы — 21%, трещины в соединении шкворневой и хребтовой балки -11%. Указанные узлы чаще других требуют ремонтного воздействия для сохранения работоспособности вагона.

Основной причиной потери несущей способности кузова является коррозия, поскольку водные растворы и увлажненные минеральные удобрения, такие как аммиачная селитра, нитроаммофоска и хлористый калий обладают повышенной коррозионной агрессивностью и вызывают интенсивную коррозию углеродистых сталей. Опыт использования вагонов-минераповозов на железных дорогах России при перевозке коррозионно-активных грузов показывает, что скорость коррозии металла вагона в контакте с минеральными удобрениями в разных элементах достигает от 0,02 до 0,5 мм/год, что примерно на 50% превышает скорость коррозии металла в нормальной среде.

Наибольший коррозионный износ наблюдается на боковых стойках, подкосах, бункере, нижней обвязке, а также крыше вагона. При натурном обследовании и толщинометрии вагонов-минераловозов были обнаружены следующие максимальные значения утончения основного металла: нижняя обвязка с местной коррозией - 23%, стойка боковая с местной коррозией - 24,7%, подкос с местной коррозией - 30%, крышка бункера с местной коррозией - 20%, крыша с местной коррозией - 23,3%. Согласно «Руководству по капитальному ремонту» ЦВ-627 предельная величина коррозионного износа основных несущих элементов не должна превышать 30%.

На основании проведенных обследований и анализа состояния парка вагонов-минераловозов разработаны мероприятия для увеличения их ресурса (продления срока службы), направленные на усиление, замену и модернизацию узлов и деталей вагона, построена конечно-элементная модель вагона и выполнены прочностные расчеты. Так, для продления срока службы вагона-минераловоза необходима полная замена крыши листов стенок бункера, не удовлетворяющих требованиям по остаточной толщине, усиление обвязок, мест приварки откосов и других элементов, подверженных интенсивной коррозии, восстановление механизма разгрузки и крышек разгрузочных люков.

Предложенные рекомендации были реализованы в опытном образце вагона-минераловоза при его капитальном ремонте с продлением срока службы на Великолукском локомотиво-вагоноремонтном заводе с последующей экспериментальной проверкой циклической прочности конструкции путем ударных ресурсных испытаний. Они проводились на специально оборудованном полигоне НВЦ «Вагоны» на станции Предпортовая Октябрьской железной дороги по программе и методике, утвержденной и согласованной Департаментом вагонного хозяйства ОАО «РЖД».

Испытания выполнялись путем соударения испытуемого вагона со свободно стоящим, воспринимающим удары вагоном с последующей накаткой на вагон-подпор. Переход к более высоким скоростям соударений вагонов допускался только после предварительного анализа результатов измерений, полученных при меньших скоростях.

При соударении вагонов регистрировались параметры: сила соударения, скорость набегания вагона-бойка, количество циклов нагружений. В процессе испытаний за счет их форсирования повышенными нагрузками было произведено 3614 циклов ударного нагружения, причем скорость набегания вагона-бойка изменялась в пределах 4,5-9,11 км/ч, а усилие первого удара находилось в пределах 1,17-3,34 МН.

В ходе испытаний вагона возникали повреждения отдельных сборочных единиц и деталей. Так, после накопленного суммарного повреждения, эквивалентного одному году эксплуатации, появились проседание пружины поглощающего аппарата, ослабление крепления тормозной системы и крепления кронштейнов механизма расцепного привода, эквивалентного трем годам эксплуатации, отрыв поручня сцепщика и кронштейна концевого крана. После накопленного суммарного повреждения, эквивалентного 6 годам эксплуатации, началось трещинообразование в зоне пересечения торцевых стоек с подкосами (рис. 1), трещинообразование в зоне пересечения консольного ограждения со шкворневой балкой (рис. 2), ослабление крепления поддерживающей планки (рис. 3) и прогиб пояса торцевой стены.

После десяти лет эксплуатации были выявлены отрыв кронштейнов крепления тормозного цилиндра (рис. 4), трещины в соединении подкоса со стойкой торцевой стены (рис. 5), в соединении подкоса с верхним листом шкворневой балки (рис. 6). Результаты проведенных исследований позволили сделать следующие выводы. Остаточный ресурс опытного образца вагона-хоппера, прошедшего капитальный ремонт с продлением срока полезного использования на Великолукском ЛВРЗ, соответствует 11,5 годам эксплуатации. Накопленное усталостное повреждение опытного образца превышает расчетное значение, определенное для 10 лет эксплуатации. Повреждения вагона-минераловоза, полученные при проведении испытаний на ресурс, соответствуют повреждениям, получаемым вагоном в условиях эксплуатации, что подтверждает правильность принятых режимов испытаний. Отсутствуют повреждения, приводящие к потере несущей способности, наличие которых делает невозможным дальнейшую эксплуатацию вагона согласно «Инструкции по исключению из инвентаря вагонов» ЦЧУ-ЦВ/4433.

Также установлено, что принятая уточненная методика теоретических исследований динамической прочности кузова вагона-минераловоза позволяет с достоверной точностью исследовать его напряженно-деформированное состояние. Максимальное расхождение результатов теоретических и экспериментальных исследований не превысило 20 %. Мероприятия по продлению ресурса вагона - проведение КРП -делают возможным его дальнейшую эксплуатацию, что позволит значительно снизить расходы на пополнение вагонного парка и улучшить обеспечение перевозок исправным подвижным составом.

Всю подробную информацию Вы можете узнать, позвонив на наши телефоны в городе Самара, или оформить предварительный заказ, заполнив форму обратной связи Оформить заказ