Модернизация крытого вагона с целью улучшения его экономических показателей
Введение
Конструкция современного грузового вагона создавалась в течение
длительного периода времени и сейчас на железных дорогах мира находятся в
обращении около 5млн. грузовых вагонов.
Совершенствование грузовых вагонов происходило по нескольким направлениям.
Были приняты во внимание и повышение грузоподъемности, и приспособление
конструкций вагонов к перевозкам различных видов грузов, а так же создание
наилучших условий для погрузочно-разгрузочных работ, оснащение вагонов
средствами механизации и автоматизации.
Первые грузовые вагоны были универсальными. Для грузов, боящихся
атмосферных осадков, предназначались крытые вагоны, для других грузов -
платформы. Однако быстро выявились преимущества вагонов, специализированных для
перевозки отдельных грузов. Специализированный вагон позволяет вместить больше
груза.
Например, для перевозки автомобилей созданы двухъярусные платформы,
вмещающие значительно больше автомобилей, чем обычный вагон. Для легких, но
объемных грузов созданы вагоны с увеличенным объемом кузовов.
Специализированные вагоны обеспечивают большую сохранность грузов.
Для перевозки угля и других сыпучих грузов в 50-х годах прошлого века
начали строить полувагоны, представляющие собой платформы с наращенными бортами
и торцовыми стенками.
Большое число специализированных вагонов было создано для наливных
грузов, поскольку число видов таких грузов постоянно росло. Сначала это была
сырая нефть, потом прибавились многочисленные продукты ее переработки,
различные химические грузы.
В специализированных цистернах перевозится много пищевых продуктов -
молоко, живая рыба, растительное масло, спирт.
Особый вид подвижного состава для перевозки особо тяжелых грузов
представляют транспортеры. Это 8-, 12- и 16-осные вагоны, позволяющие
перевозить грузы массой до 250 т.
Вагоны являются одним из основных элементов железнодорожной транспортной
системы. Для достижения наиболее экономичной и эффективной перевозки необходимо
использовать определенные типы вагонов с подходящими технико-экономическими
показателями, которые в свою очередь зависят от параметров вагонов и
конструктивного исполнения [1].
По конструкции различают следующие типы грузовых вагонов:
− крытые вагоны;
− полувагоны;
− платформы;
− цистерны;
− вагоны бункерного типа;
− вагоны-самосвалы .
Для грузовых вагонов приняты следующие основные технико-экономические
показатели, которые сведены в таблицу 1.
Таблица 1 - Основные технико-экономические показатели грузового вагона
|
1 Грузоподъемность вагона
|
Измеряется наибольшей
массой груза, допускаемой к перевозке
|
|
2 Тара
|
Собственная масса порожнего
вагона; определяется взвешиванием его на специальных весах при постройке
(после ремонта)
|
|
3 Масса брутто вагона
|
Грузоподъемность + тара
вагона
|
|
4 Статическая нагрузка от
оси на рельсы
|
Давление от колесной пары
на рельс
|
|
5 Длина вагона
|
Определяется расстоянием
между осями сцепления автосцепок данного вагона
|
|
6 База вагона
|
Расстояние между центрами
пятников тележечного вагона
|
|
7 Длина, ширина и высота
кузова
|
Обусловливаются заданной
вместимостью и габаритами подвижного состава
|
В данной курсовой работе мы рассмотрим модернизацию крытого вагона с
целью улучшения его экономических показателей, таких как коэффициент тары,
скорость погрузки-разгрузки, удобство выполнения этих операций. Для этого
облегчим крышу вагона и сделаем ее сдвижной.
1.
Обзор конструкций и выбор аналога и направления проектирования
1.1 Обзор
вариантов исполнения крыш
Крыша
− это конструкция, которая служит для защиты грузов от атмосферных
осадков, дождевой и талой воды. Другой основной ее функцией является
теплоизоляционная.
Самой
простой и классической конструкцией крыши является жестко закрепленная цельная
крыша.
Такая
крыша состоит из дуг, продольных элементов-стрингеров, двух фрамуг с торцевых
сторон и металлической обшивки из стального листа толщиной 1,5 мм с поперечными
гофрами. Сварные швы, соединяющие листы между собой, одновременно прикрепляют
их к дугам и стрингерам крыши. С боковых сторон листы крыши привариваются к
обвязкам ферм боковых стен, а с торцевых сторон нижние обвязки фрамуг привариваются
к обвязкам ферм торцевых стен.
На
крыше также расположены четыре загрузочных люка с крышками, снабженными
запорами.
Снизу
крыша подшита двухслойными древесноволокнистыми плитами толщиной 8 мм. Эта
обшивка обычно закрепляется гвоздями, которые забивают в деревянные бруски,
расположенные в дугах крыши.
Примером
может служить конструкция крыши крытого вагона модели 11-270 производства ОАО
«Алтайвагонзавод» рисунок 1. Его технические характеристики представлены в
таблице 1.
Рисунок
1 - Крытый вагон модели 11-270
Таблица
1 - Технические характеристики крытого вагона модели 11-270
|
1 Грузоподъемность, т
|
68,8
|
|
2 Масса тары вагона, т
|
24,5
|
|
3 Нагрузка: - статическая
осевая, кН(тс) - погонная, кН/м(тс/м)
|
228(23,25) 61,9(6,31)
|
|
4 Скорость конструкционная,
км/ч
|
120
|
|
5 Габарит по ГОСТ 9238
|
1-ВМ(0-Т)
|
|
6 База вагона, мм
|
10000
|
|
7 Длина, мм: - по осям
сцепления автосцепок - по концевым балкам рамы (длина рамы)
|
14730 13870
|
|
8 Ширина максимальная, мм
|
3266
|
|
9 Высота от уровня верха
головок рельсов, мм: - максимальная - до уровня пола
|
4688 1286
|
|
10 Количество осей, шт
|
4
|
|
11 Модель 2-осной тележки
|
18-100
|
|
12 Размеры кузова внутри,
мм - длина - ширина - высота по боковой стене
|
13844 2764 2791
|
|
13 Размеры в свету, мм -
дверного проема - загрузочного люка в боковой стене - загрузочного люка в
крыше
|
3802х2343 614х365 n 400
|
|
14 Объем кузова, м3: - до
уровня люков - полный с учетом объема крыши
|
104 122
|
|
Примечание - Предназначен
для перевозки штучных, зерновых и других грузов широкой номенклатуры,
требующих защиты от атмосферных осадков.
|
Вагоны могут также иметь съемную крышу. Использование такой крыши может
быть обусловлено нуждами как ремонта, так и погрузочно-разгрузочных операций.
Пример исполнения съемной крыши на заклепках - крытый вагон 11-280
производства ОАО «Алтайвагонзавод», рисунок 2. Технические характеристики
приведены в таблице 2. Продольными обвязками такой крыши служат два составных
элемента (обычно уголки или z-образные
профили), соединенные между собой заклепками. Такое конструктивное решение
позволяет, срезав заклепки, снять крышу и заменить ее при заводском ремонте, не
повредив другие элементы кузова. Такую же крышу имеет вагон-хоппер 19-3116 -
рисунок 3.
Рисунок 2 - 4-осный крытый вагон, модель 11-280, производства ОАО
«Алтайвагонзавод»
Таблица 2 - Технические характеристики 4-осного крытого вагона модели
11-280
|
1 Грузоподъемность, т
|
68
|
|
2 Масса тары, не более, т
|
26
|
|
3 Расчетная нагрузка от
колесной пары на рельсы, кН(тс)
|
235,0(23,5)
|
|
5 Размеры в свету, мм: -
дверного проема - загрузочного люка боковой стены - печной разделки
|
3802*2334 614*365 135
|
|
6 Размеры кузова внутри,
мм: - длина - ширина - высоты от уровня головок рельсов до оси автосцепок
|
15724 2764 1040 - 1080
|
|
7 Конструкционная скорость,
км/ч
|
120
|
|
8 Габарит по ГОСТ 9238
|
1-ВМ(0-Т)
|
|
9 База вагона, мм
|
12240
|
|
10 Количество и тип дверей
|
по две с каждой стороны,
раздвижные, несамоуплотняющиеся
|
|
11 Количество загрузочных
люков в баковых стенах, шт
|
4
|
Пример использования съемной крыши на прихватках - полувагон модели
12-146 производства ФГУП «Уралвагонзавод». Крыша состоит из двух секций, с
четырьмя фитингами на каждой. Также вагон оборудован 8 прихватами для
закрепления и удержания крыши. Общий вид вагона представлен на рисунке 4, его
технические характеристики в таблице 4.
Рисунок 4 - Полувагон модели 12-146, ФГУП «Уралвагонзавод»
Таблица 4 - Технические характеристики полувагона модели 12-146
|
1 Грузоподъемность, т
|
70
|
|
Масса тары, т
|
29,7
|
|
2 Объем кузова, м3
|
88
|
|
3 Нагрузка от оси на рельсы
|
24,5
|
Для механизации процесса разгрузки-погрузки предусмотрен ряд технических
решений. В последнее время широкое распространение получили вагоны с
открывающимися (раскрывающимися) или сдвигающимися крышами. Для уплотнения при
закрывании в соединениях предусматриваются резиновые прокладки. Сами крыши
выполняются из полимерных материалов, армированной ткани и металлов (рисунок
5).
На рисунке 5 представлен вагон-платформа для рулонной стали модели
13-9813 с крышей и торцевыми стенами, выполненными сдвижными по принципу
жалюзи.
Рисунок 5 − Вагон-платформа модели 13-9813 для перевозки стали в
рулонах
Таблица 5 − Технические характеристики вагона-платформы модели
13-9813
|
1 Грузоподъемность, т
|
69
|
|
2 Масса тары вагона, т
|
25
|
|
3 Максимальная расчетная
нагрузка статическая от колесной пары на рельсы, кН/ось (тс/ось)
|
23,5
|
|
4 Скорость конструкционная,
км/ч
|
120
|
|
5 Габарит по ГОСТ 9238
|
1-Т
|
|
6 База вагона, мм
|
7700
|
|
7 Длина, мм - по осям
сцепления автосцепок - по концевым балкам рамы
|
11920 10700
|
|
8 Ширина максимальная, мм
|
3200
|
|
9 Высота от УГР
максимальная, мм
|
4350
|
|
10 Количество лотков для
укладки рулонов, шт
|
5
|
|
11 Расположение лотков
относительно рамы
|
поперечное
|
|
12 Длина лотка, мм
|
2600
|
Разработки раскрывающихся крыш известны давно. Четырехосный
цельнометаллический универсальный вагон грузоподъемностью 57 тонн был создан в
1955-58 году (рисунок 6). Привод открывания крыши ручной и электрический. Было
построено около 200 таких вагонов. В то время аналогов такого вагонов в мировой
практике вагоностроения не было.
В 1970 г. Алтайский завод построил опытные образцы крытых вагонов
грузоподъемностью 60 т с раскрывающейся крышей. Данная конструкция имеет
поперечно-раскрывающуюся крышу и уширенные дверные проемы, что позволяет
производить загрузку и разгрузку вагона по всей длине кузова и обеспечивает
более широкую механизацию погрузочно-разгрузочных операций при выполнении их
как через крышу, так и через дверной проем (рисунок 7).
Кузов вагона цельнометаллический сварной конструкции, имеющий типовую
раму, уширенные самоуплотняющиеся двери, две закрывающиеся полукрыши,
закрепленные шарнирно на торцовых стенах и оборудованный уравновешивающими
пружинными механизмами. Привод открывания крыши выполнен в двух вариантах:
гидравлический и механический. Гидравлический привод имеет насос, кран
управления, гидрозамок, рабочие цилиндры, маслобак и трубопровод. Цилиндры
двустороннего действия, расположенные по одному на каждом торце вагона,
последовательно соединены между собой приводом, конструкция которого
обеспечивает синхронность работы гидроцилиндров. Механический привод состоит из
редуктора с конической парой шестерен, винта и вала со штурвалом.
Основные элементы рамы стойки и обвязки кузова, а также металлическая
обшивка боковых и торцовых стен выполнены из стали марки 09Г2, а остальные
элементы, в том числе крыши, - из углеродистой стали. Для погрузки и разгрузки
этих вагонов через крышу необходимы мостовые или другие краны.
Позже Алтайский завод построил вагон модели 11-247 для перевозки стали с
раскрывающейся крышей, вагон имеет такой же привод открывания крыши как у
крытого вагона грузоподъемностью 60т (рисунок 8).
Современным примером применения раскрывающейся крыши служит боевой
железнодорожный ракетный комплекс 15П961 «Молодец» - рисунок 9. Вагон-пусковая
установка построен на Калининском заводе в 1986 г., сконструирован на базе
четырехтележечного восьмиосного вагона грузоподъемностью 135 тонн,
оборудованного открывающейся крышей с гидравлическим приводом.
Еще один вариант конструкции крыши - сдвижная крыша. Именно такую крышу
мы постараемся спроектировать в данной курсовой работе.
1.2
Обзор способов облегчения крыши за счет конструкции и материала
При выборе материала и конструкции крыши необходимо принимать во внимание
следующее: снижение массы по сравнению с традиционными конструкциями;
обеспечение требуемого уровня жесткости при воздействии возникающих в процессе
эксплуатации крутящих и изгибающих нагрузок, а также требуемого уровня
прочности при противодействии нагрузкам, возникающим в крыше от обслуживающего
персонала; сохранение геометрии конструкции при аварийных режимах; снижение
затрат с увеличение срока службы; огнестойкости или наличие встроенных
огнеупорных барьерных слоев, легкость ремонта и замены [2].
Сделать это можно несколькими вариантами.
Например, сделать ее из «сэндвич»-панелей - соединенных между собой
гофрированных листов металла. Гофры придадут необходимую жесткость конструкции,
благодаря чему можно использовать листы металла меньшей по сравнению с обычно
используемой величины. Это и приведет к уменьшению веса конструкции.
Но такая крыша весьма трудоемка не только в проектировании, но и в
изготовлении.
Второй вариант - использование стеклопластиков.
Стеклопластики - вид композиционных материалов - пластические материалы,
состоящие из стекловолокнистого наполнителя (стеклянное волокно, волокно из
кварца и др.) и связующего вещества (термореактивные и термопластичные
полимеры); материал (70% стекловолокна) на основе полиэфирных смол, обладает
прочностью и долговечностью металла, биологической стойкостью полимера (не
гниёт, не меняет цвет, не становится хрупким).
Стеклопластики − материалы с малым удельным весом и заданными
свойствами, имеющие широкий спектр применения. Стеклопластики обладают очень
низкой теплопроводностью (примерно, как у дерева), прочностью как у стали,
биологической стойкостью, влагостойкостью и атмосферостойкостью полимеров, не
обладая недостатками, присущими термопластам.
Стеклопластики уступают стали по абсолютным значениям предела прочности,
но в 3,5 раза легче её и превосходят стали по удельной прочности. При
изготовлении равнопрочных конструкций из стали и стеклопластика,
стеклопластиковая конструкция будет в несколько раз легче. Коэффициент
линейного расширения стеклокомпозита близок к стеклу (составляет 11-13·106
1/°С), что делает его наиболее подходящим материалом для светопроницаемых
конструкций. Плотность стеклопластика, полученного путем прессования или
намотки, составляет 1,8-2,0 г/см3.
До недавнего времени стеклопластики использовались преимущественно в
самолётостроении, кораблестроении и космической технике. Широкое применение
стеклопластиков сдерживалось, в основном, из-за отсутствия промышленной
технологии, которая позволила бы наладить массовый выпуск профилей сложной
конфигурации с требуемой точностью размеров. Эта задача успешно решена с
созданием пултрузионной технологии. Существует достаточно много методов,
позволяющих массово производить стеклопластиковые изделия различной
конфигурации, необязательно профили - например, RTM, вакуумная формовка.
Стеклопластики являются одним из самых доступных и недорогих
композиционных материалов. Основные затраты при производстве изделий из
стеклопластика приходятся на технологическое оборудование и рабочую силу,
затраты на которую велики за счет трудоемкости и больших временных затрат на
производство. Соответственно, на данный момент изделия из стеклопластика
проигрывают по цене изделиям из металла из-за трудоёмкого и длительного процесса
выклейки стеклопластиковых деталей, что вызывает большие затруднения при
массовом производстве. Наиболее выгодно использование стеклопластика при
мелкосерийном производстве. Крупносерийное производство становится более
выгодным при использовании вакуумного формования. Также выгодным может быть и
контактное формование, в случае если цена рабочей силы невелика.
Недостатком стеклопластиков являются сравнительно небольшая жесткость и
небольшое значение предела прочности при сжатии вдоль слоев.
1.3
Применение стеклопластиков в вагоностроении
Известны попытки создания стеклопластиковых котлов железнодорожных
цистерн. Так, в США в 1963 году были сданы в эксплуатацию цистерны облегченного
типа ХР-1, емкостью 85 м3, массой тары 23,6 т, с котлами из стеклопластика на
основе эпоксидной смолы. Он изготавливался способом намотки стеклонитью.
Отношение наполнителя к связующему веществу в материале составляло 3:2. Толщина
стенок цилиндрической части - 9,5 мм. Днища изготавливались с помощью
технологии формования под давлением. Такая цистерна была на 9 т. легче подобной
стальной емкости и рассчитывалась на грузоподъемность 100т, предназначена для
перевозки химикатов и нефтепродуктов. За 6 лет эксплуатации не было обнаружено
никаких повреждений.
На английских железных дорогах эксплуатировались в 1966 году опытные
образцы железнодорожных цистерн из стеклопластика объемом 82 м3.
Вагоностроительным заводом ФРГ в Расштате выпущен вагон-цистерна, корпус
которого изготовлен из стеклопластика в виде трехслойной конструкции типа «СЭНДВИЧ».
Также внутренняя поверхность котла покрывалась эластичным стерилизационным
покрытием, не допускающим передачи запаха полиэфира перевозимому грузу.
Снижение массы тары вагона, полученное благодаря использованию стеклопластика,
позволило увеличить полезный объем цистерны на 2,5 м3.
Во Франции также известны такие разработки. Их вагон-цистерна был
предназначен для перевозки химических продуктов, его емкость составляла 18 м3,
масса тары 9,2 т, а грузоподъемность 30,8 т.
В Канаде в 1967 году разработали конструкцию цистерн с котлами, имеющими
три слоя, емкостью от 30 до 75 м3, оборудованные теплоизоляцией из
пенополиуретана. Цистерны предназначались для перевозки нагретых и охлажденных
жидкостей.
Подобные разработки существовали в Чехословакии, Польше, в СССР.
В СССР в 1987 также был использован стеклопластик для изготовления крыши
крытого вагона модели 11-270 постройки АВЗ, что привело к снижению массы тары
вагона на 700 кг. Она была изготовлена из отдельных листов, соединенных между
собой болтовыми соединениями, опирались листы на металлические дуги.
Ранее ТВ 1964 году по проекту ЦНИИ МПС и ПКБ ЦВ были изготовлены крыши из
стеклопластика в трех вариантах для вагонов рабочего парка МПС с объемом кузова
106 м3. Крыши первого и второго вариантов состояли из двух секции, соединенных
фланцами на болтах и отличались тем, что и дуги и продольные ребра первого
варианта были выполнены из стеклопластика, а вторые из металла.
Крыша третьего варианта состояла из трех стеклопластиковых секций,
опирающихся на металлические дуги.
В 1967 году на АВЗ были изготовлены два крытых вагона с крышами из
стеклопластика. Конструкция крыши состояла из 2-х секций, соединенных между
собой внахлест с проклейкой стыка эпоксидной смолой. Фрамуги и дуги крыши
изготавливаются из композита.
В настоящее время группой компаний «Возрождение» разработан вагон-хоппер
для перевозки минеральных удобрений модели 19-5153 с крышей из композиционных
материалов, представленный на рисунке 10.
Обеспечить равный срок эксплуатации кузова и крыши возможно заменой
металлической крыши на стеклопластиковую, что, кроме исключения ремонтных
работ, дает снижение массы вагона и увеличение объема вагона.
2. Расчет
нагрузок, действующих на кузов крытого вагона
.1 Общие
сведения
Расчет произведен в соответствии с «Нормами для расчета и проектирования
вагонов, железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных)», ГосНИИВ-ВНИИЖТ, 1996
г, (далее по тексту «Нормами...»).
Прочность кузова крытого вагона в соответствии с «Нормами...» оценивалась
при первом и третьем расчетных режимах:
а) по первому расчетному режиму рассматривалось относительно редкое
сочетание экстремальных нагрузок. Основное требование при расчете на прочность
по этому режиму - не допустить появление остаточных деформаций (повреждений) в
узле или детали. Допускаемые напряжения по этому режиму выбираются близкими к
проделу текучести или пределу прочности материала с учетом характера действия
нагрузки (квазистатическая, ударная и т.п.) и свойств материала. В
эксплуатации, первому режиму расчета соответствует:
) осаживание и трогание тяжеловесного состава с места;
) соударение вагонов при маневрах, в том числе при роспуске с
сортировочных горок;
) экстренное торможение в поездах при малых скоростях движения.
в) по третьему расчетному режиму рассматривалось относительно частое
возможное сочетание умеренных по величине нагрузок, характерное для нормальной
работы вагона в движущемся поезде. Основное требование при расчете по этому
режиму - не допустить усталостного разрушения узла или детали. Допускаемые
напряжения по этому режиму выбираются исходя аз пределов выносливости материала
с учетом совместного действия квазистатических, вибрационных и ударных
нагрузок, влияния коррозии и т.п. В условиях эксплуатации, третий расчетный
режим соответствует:
) случаю движения вагона в составе поезда по прямым и кривым участкам
пути и стрелочным переводам с допускаемой скоростью, вплоть до конструкционной;
) при периодических служебных регулировочных торможениях;
) периодических умеренных рывках и толчках; штатной работе механизмов и
узлов вагона [2].
Исходные данные для расчета приведены в таблице 6.
Таблица 6 - Технические характеристики крытого вагона
|
Параметр
|
Обозначение
|
Величина
|
|
1 Масса (тара), т
|
m
|
42
|
|
2 Масса груза, т
|
mгр
|
57,5
|
|
3 Масса вагона (брутто), т
|
mваг
|
99,7
|
|
4 База вагона, мм
|
2l
|
18000
|
|
5 Длина вагона, мм - по
концевым балкам рамы - по осям сцепления автосцепок
|
2L 2Lc
|
24460 25620
|
|
6 Объем кузова (не более),
м3
|
V
|
230
|
|
7 Конструкционная скорость
движения, км/ч
|
v
|
120
|
|
8 Масса тележки, т
|
mТ
|
4,75
|
|
9 Статический прогиб тележки,
мм
|
fст
|
68
|
Принятые марки сталей элементов кузова крытого вагона, и допускаемые
напряжения элементов кузова данных марок, приняты в соответствии с «Нормами...»
приведены в таблице 7.
Таблица 7 - Материал и допускаемые напряжения элементов кузова
|
Наименование элемента
конструкции
|
Марка стали
|
Допускаемые напряжения, МПа
|
|
|
I режим (удар, рывок)
|
I режим (сжатие, растяжение)
|
III режим
|
II режим
|
|
Ω хребтовой балки
|
375-10Г2БД ГОСТ 5267.0-90
|
375
|
337,5
|
230
|
337,5
|
|
Шкворневая балка
|
345-09Г2С ГОСТ 19281-89
|
345
|
310,5
|
210
|
310,5
|
|
Остальные элементы кузова
|
345-09Г2С ГОСТ 19281-89
|
345
|
327,75
|
220
|
327,75
|
В соответствии с «Нормами…» для применяемых сталей модуль упругости
принимался равным 2,1·105 МПа, коэффициент Пуассона принимался равным 0,3.
2.2 Расчет
на прочность кузова крытого вагона
В соответствии с «Нормами…» кузов крытого вагона рассчитывался на
прочность при первом (удар, рывок, сжатие и растяжение), третьем (удар, рывок,
сжатие и растяжение).
Сочетание нагрузок, действующих на кузов крытого вагона при первом и
третьем расчетных режимах, определялось в соответствии с «Нормами…».
При расчете по первому расчетному режиму при ударе и рывке принималось
следующее сочетание нагрузок, действующих на кузов крытого вагона, указанное в
таблице 8.
Таблица 8 - Нагрузки, действующие на кузов крытого вагона при первом
расчетном режиме
|
I режим
|
Сжатие
|
Растяжение
|
Удар
|
Рывок
|
|
1 Продольные силы, МН
|
-2,5
|
2,0
|
-3,5
|
2,5
|
|
2 Сила тяжести брутто, кН
|
800
|
800
|
800
|
800
|
|
3 Вертикальная сила при
нецентральном взаимодействии автосцепок, кН
|
125
|
100
|
175 кН
|
125
|
|
4 Собственная сила инерции
тележки, кН
|
-
|
-
|
184
|
132
|
|
5 Собственная сила инерции
груза, кН
|
-
|
-
|
1889
|
1889
|
|
6 Поперечная составляющая
продольной квазистатической силы, кН
|
239
|
102
|
-
|
-
|
Продольная нагрузка N
принималась в соответствии с рекомендациями «Норм…».
Вертикальная сила при нецентральном взаимодействии автосцепок определена
по формуле
, (1)
где N
- внешняя продольная сила, приложенная к упорам автосцепки, для первого
расчетного режима при ударе N=3,5 MН, при рывке N=2,5 MН (при сжатии N=2,5 MН,
при растяжении N=2 MН);
e - разность
уровней осей автосцепок; согласно «Нормам…» принималась равной для первого
режима e= 0,1 м;
b - длина
жесткого стержня, образованного двумя сцепленными автосцепками; согласно
«Нормам…» для автосцепок СА-3 принималась равной при ударе (сжатии) b = 2
м, при рывке (растяжении) b= 1,81 м.
Точкой
приложения данной силы является закрепленный упор автосцепки.
Продольная
сила инерции кузова и тележек крытого вагона определена путем умножения массы
кузова вагона на величину продольного ускорения. Для первого расчетного режима
величина продольного ускорения определена по формуле
, (2)
где mбр -
масса вагона брутто.
При
ударе величина ускорения составила 3,86g, при рывке -
2,76g.
Собственная
сила инерции конструкции задана через указание продольного и вертикального
ускорения.
Продольная
сила инерции тележки действует в шкворневом узле и определена по формуле
ит=mт·а, (3)
где mт -
масса тележки модели 18-100, mт = 4850 кг.
Продольная
сила инерции груза Nи, определена по формуле
, (4)
где mгр, mваг
- см. таблицу 6.
Продольная
сила инерции груза распределялась между элементами торцевой стены (35% от силы
инерции груза; прикладывалась распределенная нагрузка на всю площадь торцевой
стены) и рамы вагона (65 % от силы инерции груза; прикладывалась как распределенная
нагрузка на узлы рамы вагона).
Вертикальная
нагрузка от массы груза определена по формуле
, (5)
и
прикладывается как распределенная нагрузка ко всей площади пола.
Также
при растяжении-сжатии в I режиме учтена поперечная составляющая от действия
квазистатической силы, рассчитана по формулам
при
сжатии
; (6)
-
при растяжении
(7)
где N
- внешняя продольная сила, приложенная к автосцепке, для первого расчетного
режима при сжатии N = 2,5 MН, при растяжении N = 2 MН;
a - расчетная
длина корпуса автосцепки, согласно «Нормам…» принимается равной a= 1
м;
R - радиус
кривой, согласно «Нормам…» принят равным R= 250 м;
δ - возможное боковое перемещение шкворневого сечения кузова вагона за счет
зазоров колесной пары в рельсовой колее, зазоров в буксовых направляющих,
пятниках и упругих деформаций рессор, согласно «Нормам…» принят равным δ= 40 мм.
При
расчете по третьему расчетному режиму при ударе и рывке приняты следующие
сочетания нагрузок, действующих на кузов крытого вагона, указанные в таблице 9.
Таблица
9 − Нагрузки, действующие на кузов вагона при III режиме
|
III режим
|
Сжатие
|
Растяжение
|
Удар
|
Рывок
|
|
1 Продольные силы, МН
|
−1
|
+1
|
−1
|
+1
|
|
2 Сила тяжести брутто, кН
|
700
|
700
|
700
|
700
|
|
3 Вертикальная сила при
нецентральном взаимодействии автосцепок, кН
|
25
|
25
|
25
|
25
|
|
4 Продольная сила инерции
тележки, кН
|
-
|
-
|
53
|
53
|
|
5 Собственная сила инерции
конструкции, кН
|
-
|
-
|
348
|
348
|
|
6 Собственная сила инерции
груза, кН
|
-
|
-
|
540
|
540
|
|
7 Центробежная сила, кН
|
40,5
|
40,5
|
40,5
|
Вертикальная сила при нецентральном взаимодействии автосцепок определена
по формуле
, (8)
где N
- внешняя продольная сила, приложенная к упорам автосцепки, для третьего режима
N=1 MН;
e - разность
уровней осей автосцепок; согласно «Нормам…» принята равной для третьего режима e = 0,05 м;
b - длина
жесткого стержня, образованного двумя сцепленными автосцепками; согласно
«Нормам…» для автосцепок СА-3 принята равной при ударе (сжатии) b = 2
м, при рывке (растяжении) b= 1,81 м.
Точкой
приложения данной силы является закрепленный упор автосцепки.
Продольная
сила инерции кузова и тележек крытого вагона определена путем умножения массы
кузова вагона на величину продольного ускорения. Для третьего расчетного режима
величина продольного ускорения определена по формуле
, (9)
где mбр -
масса вагона брутто.
При
ударе и при рывке величина ускорения составила - 1,1g.
Вертикальное
ускорение составляет g·(1+kдв).
Коэффициент
вертикальной динамики Кдв в соответствии с «Нормами…» определен по формуле
, (10)
где 
- среднее вероятное значение коэффициента
вертикальной динамики, вычисляют по формуле (11);
-
параметр распределения, согласно «Нормам…» = 1,13;
-
доверительная вероятность, с которой определяется коэффициент вертикальной
динамики, согласно «Нормам…» 
= 0,97.
Среднее
вероятное значение 
определено по формуле
, (11)
где 
- коэффициент для элементов кузова, согласно
«Нормам…» принимался равным 0,05;
V -
конструкционная скорость движения (см. таблицу 2);
-
коэффициент, учитывающий влияние числа осей n в тележке под одним концом
экипажа, определен по формуле
, (12)
-
статический прогиб рессорного подвешивания, м (см. таблицу 1).
Подставив
данные в формулу (10), получили Кдв= 0,29.
Собственная
сила инерции конструкции задавалась через указание продольного и вертикального
ускорения.
Продольная
сила инерции тележки действует в шкворневом узле и определена по формуле
ит=mт·а, (13)
где mт -
масса тележки 18-100, mт = 4850 кг.
Продольная
сила инерции груза Nи определена по формуле
, (14)
где mгр, mваг
- см. таблицу 6.
Продольная
сила инерции груза передается через раму вагона (приложена как распределенная
нагрузка на узлы рамы вагона).
Вертикальная
нагрузка от массы груза приложена как распределенная нагрузка ко всей площади
пола и определена по формуле
, (15)
где kдв -
коэффициент вертикальной динамики.
Так как вагон длиннобазный, необходимо так же учесть и
самоуравновешивающиеся вертикальные кососимметричные силы, определенные по
формуле
, (16)
где z -
вертикальное эквивалентное смещение одного колеса тележки, соответствующее
вертикальному отводу одной рельсовой нитки, равному 3 мм; z=54
мм;
δ - суммарный зазор в каждой паре скользунов, δ=5мм;
Свк
- жесткость рессорного комплекта, Свк - 4250 кН/м,
Скр
- жесткость конструкции на кручение, Скр - 40000 кН/м.
Кососимметричные
силы прикладываем в скользунах.
Также
на кузов вагона действует боковая центробежная сила (в виде распределенной
нагрузки на боковую стену), определена по формуле
Рбок=0,075·mгр·g. (17)
3.
Расчетная схема вагона и принятые допущения
Расчет производился методом конечных элементов с использованием
расчетного пакета "Ansys" версия 13.0. Для расчета использовалась
балочная конечно-элементная модель кузова крытого вагона. Расчетная модель
включает 59420 элементов и 66220 узлов.
Для описания каркаса использовались стержневые конечные элементы типа
ВЕАМ189, для описания обшивки - пластинчатые конечные элементы типа SHELL181.
Вид конечно-элементной модели кузова крытого вагона показан на рисунке
11.
В качестве кинематических граничных условий были приняты:
ограничение вертикальных и поперечных перемещений в шкворневых узлах
рамы, ограничение вращения вокруг продольной оси;
ограничение продольных перемещений в плоскостях заднего и переднего
упоров.
4 Расчет
конструкции на прочность, анализ результатов
4.1.
Расчет прочности при I режиме
.1.1 Динамическая нагрузка (I режим удар)
Рисунок 12 − Кинематические и граничные условия
Рисунок 13 − Распределение эквивалентных напряжений в вагоне
а) 
б) 
Рисунок 14 - Распределение эквивалентных напряжений в боковой стене а)
общий вид; б) участок с максимальными напряжениями
Рисунок 15 − Распределение эквивалентных напряжений в торцевой
стене вагона (закрепление)
4.1.2 Квазистатическая нагрузка (I режим сжатие)
Рисунок 16 − Кинематические и граничные условия модели
Рисунок 17 − Распределение эквивалентных напряжений в вагоне
4.1.3 Динамическая нагрузка (I режим рывок)
Рисунок 18 − Кинематические и граничные условия модели
Рисунок 19 − Распределение эквивалентных напряжений в торцевой
стене (закрепление)
а) 
б) 
Рисунок 20 − Распределение эквивалентных напряжений в боковой стене
а) общий вид; б) участок с максимальными напряжениями
4.1.4 Квазистатическая нагрузка (I режим растяжение)
Рисунок 21 − Кинематические и граничные условия
Рисунок 22 − Распределение эквивалентных напряжений в вагоне
4.1.5 Выводы по I режиму
Максимальные напряжения возникают при динамическом силовом нагружении
(удар-рывок) в зоне торцевой стены. Однако на практике данных напряжений не
возникает, так как:
) металл обшивки начинает работать на растяжение;
) нагружается каркас конструкции.
В остальных узлах вагона рассчитанные напряжения не превышают
допускаемого в 350 МПа.
Кроме того, из расчета видно, что напряжения в крыше от нагрузок
расчетного режима - не возникают.
4.2 Расчет
прочности при III режиме
4.2.1 Динамическая нагрузка (III режим, удар)
Рисунок 25 − Распределение эквивалентных напряжений в боковой стене
а) общий вид; б), в) участки с максимальными напряжениями
Рисунок 26 - Распределение эквивалентных напряжений в торцевой стене
вагона (закрепления)
.2.2 Квазистатическая нагрузка (III режим, сжатие)
Рисунок 27 − Кинематические и граничные условия модели
Рисунок 28 − Распределение эквивалентных напряжений в вагоне
4.2.3 Динамическая нагрузка (III режим, рывок)
Рисунок 31 − Распределение эквивалентных напряжений в боковой стене
а) общий вид; б), в) участки с максимальными напряжениями
Рисунок 32 − Распределение эквивалентных напряжений в торцевой
стене вагона (закрепление)
Рисунок 33 − Распределение эквивалентных напряжений по раме вагона
и элементами обшивки
а) общий вид; б), в) участки с максимальными напряжениями
.2.4 Квазистатическая нагрузка (III режим, растяжение)
Рисунок 34 − Кинематические и граничные условия модели
Рисунок 35 − Распределение эквивалентных напряжений в вагоне
4.2.5 Выводы по III режиму
Максимальные напряжения возникают при динамическом нагружении кузова
(удар-рывок) в зоне боковой стены и между шкворневой и концевой балкой пола
модели. Величина расчетного напряжения даже в наибольшем значении не превышает
допустимого значения.
Так же следует отметить, что нагрузки третьего расчетного режима не
оказывают никакого воздействия на крышу вагона.
5. Выбор
дальнейшего направления совершенствования конструкций
Из прочностного расчета видно, что от заданного сочетания нагрузок
напряжений в крыше не возникает. Следовательно, необходимо произвести
дополнительный расчет крыши на прочность.
Чтобы выявить эффективность создания стеклопластиковой крыши, осуществим
расчет на прочность и устойчивость для стальной и стеклопластиковой крыши и
сравним полученные результаты.
Предел прочности (для металлов предел текучести) для стеклопластика
принимаем [σ]т = 1700 МПа.
Модуль упругости принимают равным 5,5·1010 при растяжении, 4,1·1010 при
изгибе и поперечном растяжении, коэффициент Пуассона принимают равным 0,39.
6. Расчет
модернизированной крыши на прочность и устойчивость. Анализ результатов
Предел текучести для стали Ст3СП ГОСТ 16523-97 при толщине листов до 10
мм принимается: [σ]т = 255 МПа
Для первого расчетного режима при действие двух сил по 1 кН каждая,
приложенных на площадке 0,25х0,25 м и приложенных на расстоянии 0,5 м друг от
друга в любой части крыши допускаемые напряжения принимаются согласно «Нормам…»
как при квазистатических нагрузках
[σ] = 0,95[σ]т=242,25 МПа
Для третьего расчетного режима, для всех элементов крыши допускаемые
напряжения принимаются равными 155 МПа.
В соответствии с «Нормами…», для стали Ст3СП ГОСТ 16523-97 модуль
упругости принимается равным 2,1·105 МПа, коэффициент Пуассона принимается
равным 0,3.
6.1
Расчетная схема и принятые допущения
В соответствии с рекомендациями «Норм…» расчет производится методом
конечных элементов, с использованием известного расчетного пакета ANSYS, версия
13.0.
Для расчета используется стержневая конечно-элементная модель.
Для описания подкрепляющих и несущих элементов конструкции крыши были
использованы треузловые конечные элементы типа BEAM189. Для описания обшивки крыши были использованы
элементы типа SHELL181.
Конечно-элементная модель включает 3895 конечных элементов и 9884 узлов.
Конечно-элементная модель показана на рисунке 36.
Рисунок 36 − Конечно элементная модель крыши
6.2 Расчет
напряжений и оценка прочности
Согласно «Нормам…» крыша рассчитывается на прочности и устойчивость при
действие двух сил по 1 кН каждая, приложенных на площадке 0,25х0,25 м на
расстоянии 0,5 м друг от друга в любой части крыши и дополнительно
рассчитывается при третьем режиме (как наиболее опасном).
При расчете по третьему расчетному режиму принимается следующее сочетание
нагрузок действующих на крышу:
− сила тяжести крыши;
− вертикальная динамическая сила, определяется умножением силы
тяжести крыши на коэффициент вертикальной динамики, для кузова вагона.
Схема приложения нагрузок к крыше показана на рисунке 37.
Рисунок 37 - Схема приложения нагрузок при первом режиме
Рисунок 38 - Схема приложения нагрузок при третьем режиме
В результате расчета были получены напряженные состояния крыши от
действия рассматриваемых сил.
Распределение эквивалентных напряжений по Мизесу показано на рисунках
39-40.
а) 
б) 
в) 
г)
д) 
е) 
Рисунок 39 − Распределение эквивалентных напряжений при первом
режиме а), б), в) для металлической крыши; г), д), е) для стеклопластиковой
крыши
Рисунок 40 − Распределение эквивалентных напряжений при третьем
режиме а), б) для металлической крыши; в), г) для стеклопластиковой крыши
Максимальные эквивалентные напряжения в крыши при действии двух сил по 1
кН каждая, приложенных на площадке 0,25х0,25 м на расстоянии 0,5 м не превышает
допускаемые напряжения. Максимальные эквивалентные напряжения в крыши для
третьего режима не превышают допускаемого напряжения. Также в каркасе крыши,
выполненном из стали, так же возникают напряжения, в некоторых режимах они
максимальные в конструкции, но они так же в пределах допустимого.
Для дальнейшего расчета устойчивости используются напряжения элементов
крыши, рассчитываемые в автоматическом режиме в программном комплексе ANSYS
версия 13.0.
6.3 Расчет устойчивости
Проверка устойчивости конструкций производится путем сравнения расчетного
коэффициента запаса устойчивости n с допускаемым [n]:
, (18)
где 
− критическое напряжение сжатия, при котором
конструкция теряет устойчивость;
−
напряжения сжатия элемента, рассчитываемые в автоматическом режиме в
программном комплексе ANSYS версия 13.0.
Программный
комплекс ANSYS версия 13.0 в автоматическом режиме сравнивает критические
напряжения с напряжениями сжатия.
В
результате расчета были получены формы потери устойчивости и соответствующие им
коэффициенты запаса устойчивости. Форма потери устойчивости и соответствующий
ей коэффициент запаса устойчивости при первом режиме представлены на рисунках
41-43.
Рисунок 41 − Первая форма потери устойчивости
а) для металла п= 44,05; б) для стеклопластика п= 875,53
а)
б)
Рисунок 42 − Вторая форма потери устойчивости
а) для металла п= 45,77; б) для стеклопластика п= 1054,91
а)
б) 
Рисунок 43 − Третья форма потери устойчивости
а) для металла п = 50,17; б) для стеклопластика п = 1558,96
Формы потери устойчивости и соответствующие им коэффициенты запаса
устойчивости при третьем режиме представлены на рисунках 44-46.
Рисунок 44 − Первая форма потери устойчивости:
а) для металла п = 150698; б) для стеклопластика п = 148353
Рисунок 45 − Вторая форма потери устойчивости
а) для металла п= 151226; б) для стеклопластика п= 148872
Рисунок 46 − Третья форма потери устойчивости
а) для металла п = 156060; б) для стеклопластика п = 153632
Полученные в результате расчета коэффициенты запаса устойчивости при
первой и третьем режиме не менее чем допускаемое значение [n] =1,1.
Выводы сравнения результатов расчета металлической и стеклопластиковой
крыши приведены таблице 10.
Таблица 10 - Сравнительная характеристика металлической и
стеклопластиковой крыши
|
Показатель
|
Металлическая крыша
|
Стеклопластиковая крыша
|
|
1 Масса, кг
|
1800
|
350
|
|
2 Максимальное напряжение
при I режиме, кПа
|
2180
|
322
|
|
3 Максимальное напряжение
при III режиме, кПа
|
332
|
253
|
|
4 Минимальный коэффициент
запаса устойчивости при I режиме
|
44,05
|
875,53
|
|
5 Минимальный коэффициент
запаса устойчивости при III режиме
|
150698
|
148353
|
Видно, что стеклопластиковая крыша не уступает металлической, а по
некоторым показателям даже превосходит (запас устойчивости у нее выше при
первом режиме, при примерно равных механических свойствах - она легче).
Выигрыш в весе приводит к увеличению грузоподъемности вагона на 5 тонн.
Что в свою очередь повышает экономическую эффективность вагона. Рассмотрим этот
вопрос.
7.
Экономическая целесообразность создания крытого вагона со сдвижной крышей
Экономическая целесообразность создания крытого вагона со сдвижной
стеклопластиковой крышей в соответствии с «Методическими рекомендациями по
оценки экономической эффективности инвестиций», утверждёнными ОАО «РЖД» в
2005г. должна основываться на расчёте показателей экономической эффективности:
чистый дисконтированный доход или интегральный эффект (ЧДД); срок окупаемости
(Ток); индекс доходности (ИД); внутренняя норма доходности (ВНД).
7.1
Обоснование эффективности изготовления опытного образца модернизированного
крытого вагона
Для оценки общей эффективности инвестиций в модернизацию необходимо
определить капитальные вложения и эксплуатационные расходы, связанные с
изготовлением вагона. Определение капитальных вложений (К) в модернизацию
крытого вагона модели 13-9553 будут складываться из следующих видов затрат:
− затраты на приобретение крытого вагона модели 13-9553;
− непредвиденные расходы;
К= Ккр+ Кнепр , (19)
где Ккр - стоимость крытого вагона модели 13-9553,
Кнепр - непредвиденные расходы.
Затраты
на приобретение крытого вагона модели 13-9553, бывшего в эксплуатации со сроком
службы не менее 20 лет в среднем составляют 1.500 тыс. руб.
(<#"564772.files/image071.gif">, (20)
Затраты
на материалы. Для создания сдвижной крыши необходимо приобрести материалы,
перечисленные в таблице 11.
Таблица
11 - Затраты на материалы, используемые при модернизации крытого вагона
|
Наименование, источник
информации
|
Размеры
|
Материал
|
Количество
|
Цена
|
Себестоимость, Смат,,
тыс.руб.
|
|
Основные материалы
|
Стеклопластиковые
листы, (<#"564772.files/image072.gif">, (21)
где 
- средняя часовая тарифная ставка одного рабочего;
Тчас
- время, затрачиваемое на модернизацию вагона, час;
Кдопл
- коэффициент доплат, Кдопл=1,6…1,76.
Расчёт
по затратам на заработную плату производственных рабочих изображён в таблице
12.
Таблица
12 - Затраты на заработную плату производственных рабочих
|
Должность рабочего
|
Тарифная ставка,  , руб./часВремя, затрачиваемое на модернизацию,
Тчас, час.Основанная заработная плата,  ,
руб.Премия в размере 50% от ,
руб.Итоговая ЗП, руб.
|
|
|
|
|
|
Резчик, 5 разряд
|
93,19
|
8
|
1312,11
|
656,06
|
1968,17
|
|
Сварщик, 9 разряд
|
130,47
|
16
|
3674,03
|
1837,1
|
5511,13
|
|
Слесарь, 6 разряд
|
99,4
|
24
|
4198,66
|
2099,33
|
6297,99
|
|
Итого
|
9184,8
|
4592,49
|
13777,29
|
Дополнительная заработная плата включает заработную плату за не
проработанное время на производстве по уважительным причинам (время отпуска,
болезни, время выполнения общественных обязанностей). Дополнительная заработная
плата производственных и вспомогательных рабочих может быть принята на уровне
10% от основной заработной платы.
стеклопластик вагоностроение сдвижной крыша
, (22)
тогда
. (23)
Расчёт
отчислений на социальные нужды: единый социальный налог введен в действие с 1
января 2001г. и регулируется гл.24 НК РФ.
В
настоящее время в состав государственных социальных внебюджетных фондов РФ
входят:
−
пенсионный фонд РФ;
−
фонд социального страхования;
−
Федеральный и территориальные фонды обязательного медицинского страхования РФ.
Налогоплательщики
- работодатели применяют с 1 января 2011г. базовую ставку ЕСН = 34% при
налоговой базе на каждого отдельного работника нарастающим итогом с начала года
до 280 тыс.рублей (<#"564772.files/image078.gif">, (24)
7.1.2
Расчет косвенных затрат на изготовление модернизированного крытого вагона
Расходы
электроэнергии на технологические цели включает расход на силовую энергию
используемую при модернизации при сварке.
, (25)
где Цэ
- цена 1 кВт - часа электроэнергии, Цэ =4,85руб;
Wсил -расход
силовой электроэнергии при модернизации, кВт-часы:
, (26)
где N -
мощность оборудования, необходимая для проварки 1м сварочного шва, кВт-часы;
К1
- коэффициент загрузки оборудования по времени, К1 = 0,85…0,9;
-
количество швов, образованных при модернизации;
К3
- коэффициент, учитывающий потери в электросети, К3 = 0,96;
η - КПД электродвигателей, η = 0,85…0,88.
При
создании крыши накладываются приблизительно 100м шва сварки. Сварочный автомат
ПДГ-515, работает при 380В напряжении дуги, при силе тока 220А и сваривает 1м
сварки за 30-60сек. Рассчитаем необходимую мощность при сваривании 1м
сварочного шва.
(27)
где 
− сила тока при сваривании;
−
напряжение при сваривании;
−
время сваривания одного шва, часов.
кВт-часы,
тогда
расход силовой электроэнергии при модернизации равен:
кВт-часы.
Следовательно,
расходы на силовую энергию при проведении сварочных работ:
руб. на
вагон.
Расход
на отопление производственных зданий: проектируемый вагон стоит на позиции
оборудования, производственного здания, 3 суток. Режим работы односменный при
непрерывной рабочей неделе в год 352 рабочих дня, поэтому количество отопления,
используемое при модернизации крытого вагона, рассчитывается:
(28)
где q -
расход тепла на 1м3 здания, q =15…25ккал/час;
Н
- количество часов в отопительном периоде, за 3 суток принимаем Н=72часа;
Vзд - объем
здания, м3;
К
- теплотворная способность условного топлива, К=700 ккал/кг;
η - КПД котельной установки, η=0,75;
Кэкв
- технический эквивалент для перевода условного топлива в натуральное,
Кэкв=0,91;
Цm -
средняя цена 1т. натурального топлива, Цm=4000 -
5000руб/т. (<#"564772.files/image091.gif">
Расходы
на освещение производственных площадей Сосв вычисляем по формуле
(29)
где aэ -
норма расхода электроэнергии, аэ=15…25вт/м2;
S - площадь
здания, S=1254м2;
r - длительность
горения светильников в год, r=1000…1200час/год
Цэ
- цена 1 кВт-часа электроэнергии, Цэ=4,85руб.
Расходы
на амортизацию основных производственных фондов (ОПФ): амортизационные
отчисления - это часть стоимости основных фондов в денежном выражении,
соответствующая их износу, переносимая на продукцию и служащая для их
воспроизводства на новой технологической основе. С помощью этих отчислений
производят финансирование мероприятий по ликвидации износа основных фондов
путём замены физически изношенных и морально устаревших объектов новыми.
Амортизационные
отчисления определены по формуле
(30)
Результаты
расчётов, занесены в таблицы 13-14.
Таблица
13 - Расчет амортизационных отчислений, приходящихся на одну сочлененную
платформу
|
Группы ОПФ
|
Стоимость Кi, руб.
|
Коэффициент износа, 
|
Срок амортизации, t, лет
|
Амортизационные отчисления,
приходящиеся на модернизацию, руб.
|
|
Сварочный аппарат, ПДГ-515
(<#"564772.files/image096.gif">, (33)
где К
- единовременные затраты;
Рt
- результаты на шаге t;
Зt
-текущие затраты;
Т
- горизонт расчёта (срок окупаемости);
Е
- норма дисконта, Е = 0,15.
Коэффициент
дисконтирования  вычислен по формуле
 . (34)
Величина
интегрального эффекта (ЧДД) при постоянной норме дисконта (Е =0,15):
Расчёт
интегрального эффекта за 6 лет эксплуатации вагона изображён в таблице 16.
Таблица
16 − Определение интегрального эффекта за 6 лет эксплуатации
|
Год эксплуатации
|
Единовременные затраты К,
тыс. руб.
|
Доходы, тыс. руб.
|
Текущие расходы, тыс.руб.
|
Эффект, тыс. руб.
|
ЧДД, тыс. руб.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
 Нарастающим итогом
|
|
|
0
|
1896,64
|
-
|
-
|
-
|
1
|
-
|
−1896,64
|
|
|
1
|
|
1419,36
|
30
|
1389,36
|
0,8696
|
1208,19
|
−688,45
|
|
|
2
|
-
|
1419,36
|
30
|
1389,36
|
0,7561
|
1050,5
|
|
|
3
|
-
|
1419,36
|
76
|
1343,36
|
0,6575
|
883,26
|
1245,31
|
|
|
4
|
-
|
1419,36
|
30
|
1389,36
|
0,5718
|
794,44
|
2039,75
|
|
|
5
|
-
|
1419,36
|
30
|
1389,36
|
0,4972
|
690,79
|
2730,54
|
|
|
6
|
-
|
1419,36
|
76
|
1343,36
|
0,4323
|
580,73
|
3311,27
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 47 − Определение срока окупаемости графоаналитическим
методом.
ЧДД > 0, следовательно, проект эффективен [5].
7.2.2 Определение эффективности внедрения срока окупаемости
Расчет срока окупаемости проекта Ток производен по формуле
 , (35)
где  − год, когда ЧДД, рассчитанный нарастающим
итогом, имеет последний раз отрицательное значение;
 −
год, когда ЧДД, рассчитанный нарастающим итогом, имеет первый раз положительное
значение;
 −
значение ЧДД за период ;
 −
значение ЧДД за период ;
Проект
считается эффективным, если выполняется условие
Ток
< Тн; (36)
где Тн
- нормативный срок окупаемости, вычислен по формуле
 (37)
Ток=
1+ = 2,65года.
 лет;
Тн=
6 лет < Ток= 2,8года,
следовательно,
проект эффективен.
7.2.3
Определение индекса доходности
Индекс
доходности ИД (индекс рентабельности) ИП определяется отношением суммы
приведенных эффектов к величине приведенных капитальных вложений:
 (38)
Если
ИД > 1, проект эффективен, если ИД < 1 - неэффективен. Чем выше значение
ИД, тем выгоднее проект.
ИД>1,
это говорит об эффективности проекта.
.2.4
Определение внутренних норм доходности
Внутренняя
норма доходности − это норма дисконта Евн, при которой величина
приведенных эффектов равна приведенным капитальным вложениям, и определена по
формуле
 . (39)
 (40)
Отсюда
Евн =0,3493, что больше Е=0,15. Нововведение в данный проект оправдано.
7.3
Выводы
Рассмотрев
в данном разделе вопросы, связанные с модернизацией крыши крытого вагона,
приходим к выводу, что внедрение экономически эффективно, о чем свидетельствуют
найденные общие динамические показатели. Эффективность внедрения связано с
рациональным использованием увеличения тары вагона за счет стеклопластиковой
крыши, а также относительно небольшими затратами на модернизацию (таблица 17).
Таблица
17 -Экономические расходы необходимые на создание крытого вагона со сдвижной
стеклопластиковой крышей
|
Наименование затрат
|
Сумма расходов, тыс. руб.
|
|
1 Материалы
|
73,27
|
|
2 Заработная плата
производственных рабочих
|
14,7
|
|
3 Отчисления на социальные
нужды
|
5,1
|
|
4 Электроэнергия
|
0,7
|
|
5 Отопление
производственных зданий
|
1,29
|
|
6 Освещение
производственных зданий
|
1,04
|
|
7 Амортизационные
отчисления
|
0,54
|
|
Итого:
|
96,94
|
8. Охрана труда при производстве и ремонте
В ходе модернизации крытого вагона модели 13-9553 вводятся новый
конструкционный материал - стеклопластик. Его описание и механические свойства
приведены в разделе 1. В данной части проекта мы рассмотрим лишь его
пожароустойчивость.
Также при модернизации крытого вагона модели 13-9553 необходимо выполнить
определенный объем сварочных работ, связанных с монтажом сдвижной крыши и механизма
ее привода. В связи с этим необходимо провести расчет и выбор вентиляции.
Кроме того, этот процесс проходит на высоте, поэтому необходимо
определиться с правилами охраны труда в подобных условиях.
8.1
Пожароустойчивость стеклопластика
Процесс горения достаточно сложен, но его можно описать как «Треугольник
горения», представленный на рисунке 48. Если один из углов убрать, то процесс
горения прекратится.
Рисунок 48 − Треугольник горения
Горение состоит из следующих фаз:
− нагрев;
− термальный распад (создание свободных радикалов);
− возгорание газов;
− распространение пламени.
По определению стеклопластики состоят из реактопластичной матрицы
(отвержденного полимера), стекловолокна и некоторых добавок.
Стеклопластик = стекловолокно (не
горит) + реактопласт (не плавится)
Следовательно, стеклопластик − вполне подходящий материал для
создания огнестойких изделий.
Образование дыма зависит от неполного сгорания продуктов, возникших в
процессе пиролиза (рисунок 49).
Рисунок 49 − Образование дыма и сажи
Вследствие этого наиболее предпочтительно иметь в качестве растворителя
для полиэфирных смол - метилметакрилат (алифатический растворитель) или стирол
(ароматический растворитель).
Существует два способа получения пожаростойких полимеров (рисунок 50).
Рисунок 50 − Получение пожаростойкости у полимеров
Второй способ предпочтительнее, так как он, благодаря отсутствию в
составе галогенов, дает малое дымовыделение и малую токсичность.
За основу для нашего стеклопластика возьмем ненасыщенную полиэфирную
смолу F 805 TF фирмы Ashland.
Содержит галоидные составляющие, органические наполнители, не содержит хлор или
азот. Мономер изготовлен из стирола или метилметакрилата. Смола F 805 TF предназначена для ручного формования стеклопластика,
напыления и холодного прессования. Предназначена для изделий, от которых требуется
низкая степень горючести и выделение малого количества токсичных дымов при
горении. Используют в строительстве, промышленности и на транспорте.
Кислородный индекс (ASTM D 2863-70) данной полиэфирной смолы -
50,0%.
Изделия на ее основе прошли удачную сертификацию по требованиям
пожаробезопасности н а метро и ж/д транспорте России.
В качестве покрытия можно использовать гелькоут Enguard AE.
Существуют также различные наполнители для повышений пожароустойчивости.
.2
Разработка требований безопасности при монтаже крыши
Монтаж модернизированной крыши будет проводиться на высоте кузова вагона.
Кроме того в процессе предусмотрены сварочные работы, что повышает риск для
работника и лиц, находящихся в зоне производства этих работ.
К работам на высоте относятся работы, при выполнении которых работник
находится на расстоянии менее 2 м от не огражденных перепадов по высоте 1,3 м и
более. При невозможности устройства ограждений работы должны выполняться с
применением предохранительного пояса и страховочного каната.
Верхолазными считаются работы, выполняемые на высоте более 5 м от
поверхности земли, перекрытия или рабочего настила, над которыми производятся
работы непосредственно с конструкций или оборудования при их монтаже или
ремонте, при этом основным средством, предохраняющим работников от падения,
является предохранительный.
Основным опасным производственным фактором при работе на высоте является
расположение рабочего места на значительной высоте относительно поверхности
земли (пола), связанное с этим возможное падение работника или падение
предметов на работника. При проведении работ на высоте должны устанавливаться
ограждения и обозначаться в установленном порядке границы опасных зон.
Верхолазные работы относятся к работам повышенной опасности и проводятся по
наряду - допуску, в котором должны предусматриваться организационные и
технические мероприятия по подготовке и безопасному выполнению этих работ.
Наряд - допуск определяет место работ с повышенной опасностью, их
содержание, условия безопасного выполнения, время начала и окончания работ,
состав бригады или лиц, выполняющих работы, ответственных лиц при выполнении
этих работ. Наряд - допуск выдается на срок, необходимый для выполнения
заданного объема работ.
В исключительных случаях работы с повышенной опасностью, как-то:
предупреждение аварии, устранение угрозы жизни работников, ликвидация аварии и
стихийного бедствия в их начальной стадии - могут быть начаты без оформления
наряда - допуска, но с обязательным соблюдением комплекса мер по обеспечению
безопасности работников и под непосредственным руководством ответственного
должностного лица.
Средства подмащивания, тара, грузоподъемные механизмы и грузозахватные
устройства, приспособления для выверки и временного закрепления конструкций,
ферм и т.п. (далее - технологическая оснастка), ограждения, защитные сетки,
перекрытия и другие аналогичные средства предупреждения падения работника,
материалов, предметов и т.п. с высоты, поражения электрическим током, от
воздействия движущихся частей машин, оборудования, от влияния шума, вибрации и
вредных веществ в воздухе рабочей зоны (далее - средства коллективной защиты
работников), применяемые при производстве работ на высоте, должны
соответствовать нормативным требованиям безопасности труда, а вновь
приобретенные стандартизированные изделия должны иметь сертификат на
соответствие требованиям безопасности труда. Не допускается применять в
качестве технологической оснастки и средств коллективной защиты случайные
предметы.
8.2.1
Требования к рабочему месту
Рабочее место должно содержаться в чистоте; хранение заготовок,
материалов, инструмента, готовой продукции, отходов производства должно быть
упорядочено и соответствовать требованиям охраны и безопасности труда. На
рабочем месте не допускается размещать и накапливать неиспользуемые материалы
(особенно горючие), отходы производства и т.п., загромождать пути подхода и
выхода.
При выполнении работ на высоте внизу под местом производства работ
определяются и соответствующим образом обозначаются и ограждаются опасные зоны.
В ограниченных пространствах и местах, где легковоспламеняющиеся газы,
пары, пыль могут представлять опасность:
а) электропроводка, электрооборудование, электроаппаратура применяются во
взрывозащищенном исполнении, светильники - с защитными экранами;
б) курение, применение открытого огня и работа инструментом, дающим при
ударе искры, не допускаются;
в) масляная ветошь, мусор и другие материалы, потенциально опасные к
воспламенению, незамедлительно удаляются в безопасные места;
г) обеспечивается вентиляция;
д) вывешиваются таблички: «НЕ КУРИТЬ», «НЕ ПОЛЬЗОВАТЬСЯ ОТКРЫТЫМ ОГНЕМ» и
знаки безопасности в соответствии с требованиями ГОСТ Р 12.4.026-2001.
Материалы, изделия, конструкции при приеме и складировании на рабочих
местах, находящихся на высоте, должны приниматься в объемах, необходимых для
текущей переработки, и укладываться так, чтобы не загромождать рабочее место и
проходы к нему, исходя из несущей способности лесов, подмостей, площадок и
т.п., на которых производится размещение указанного груза.
Проемы, в которые могут упасть работники, надежно закрываются или
ограждаются и обозначаются знаками безопасности в соответствии с требованиями
ГОСТ Р 12.4.026-2001. Рабочие места и проходы к ним на высоте 1,3 м и более и
на расстоянии менее 2 м от границы перепада по высоте ограждаются временными
инвентарными ограждениями в соответствии с требованиями ГОСТ 12.4.059-89.
Проходы на площадках и рабочих местах должны отвечать следующим
требованиям:
а) ширина одиночных проходов к рабочим местам и на рабочих местах должна
быть не менее 0,6 м, высота в свету - не менее 1,8 м;
б) лестницы или скобы, применяемые для подъема или спуска работников на
рабочие места на высоте более 5 м, должны быть оборудованы устройствами для
закрепления фала предохранительного пояса.
Рабочие места обеспечиваются необходимыми средствами коллективной и
индивидуальной защиты работников, первичными средствами пожаротушения, а также
средствами связи и сигнализации, другими техническими средствами обеспечения
безопасных условий труда в соответствии с требованиями действующих нормативных
документов.
На каждом рабочем месте уровень освещенности должен соответствовать
установленным нормам. Искусственное освещение, по возможности, не должно
создавать бликов и теней, искажающих обзор.
На каждом объекте должна быть обеспечена безопасность людей при пожаре,
разработаны инструкции о мерах пожарной безопасности для каждого
взрывопожароопасного и пожароопасного участка (мастерской, цеха и т.п.) в
соответствии с требованиями Правил пожарной безопасности в Российской
Федерации.
Концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны, уровни шума и
вибрации в зоне рабочих мест не должны превышать значений действующих
санитарных норм.
При производстве работ на высоте предусматривается проведение
мероприятий, позволяющих осуществлять эвакуацию людей в случае возникновения
пожара или аварии. Пути эвакуации из мест пожарной опасности указываются хорошо
видимыми знаками и держатся постоянно свободными. На видных местах
устанавливаются указатели ближайшего сигнала пожарной тревоги, номера телефона
пожарной части (команды).
Металлические леса заземляются.
Сигнальная окраска инвентарных ограждений должна соответствовать
требованиям ГОСТ Р 12.4.026-2001.
.2.2
Требования безопасности при работах с применением грузоподъемных механизмов и
устройств
Все грузоподъемные машины, механизмы и устройства в установленном порядке
регистрируются, вводятся в эксплуатацию, подвергаются периодическим осмотрам и
техническим обследованиям, обеспечиваются техническим обслуживанием и за их
техническим состоянием и условиями эксплуатации устанавливается соответствующий
надзор и контроль. Каждая грузоподъемная машина должна иметь паспорт,
техническое описание, инструкцию по эксплуатации, сертификат органа по
сертификации и другую документацию, предусмотренную соответствующим
государственным стандартом или техническими условиями на изготовление.
Каждый грузоподъемный механизм и грузоподъемное устройство должно иметь
четкую маркировку на видном месте с указанием максимальной безопасной рабочей
нагрузки.
Грузоподъемные стационарные машины (мостовые, башенные, портальные,
кабельные краны) устанавливаются так, чтобы:
а) исключалась возможность их смещения под воздействием нагрузок,
вибрации, ветровых и других факторов. Оценку прочности и устойчивости грузоподъемного
механизма или устройства необходимо производить по суммарному максимальному
воздействию от ветровой нагрузки и поднимаемого груза в наиболее тяжелых
режимах;
б) машинист (оператор) не подвергался опасности травмирования со стороны
груза, канатов, лебедки и других механизмов и элементов;
в) машинист (оператор) имел полный обзор рабочей зоны или надежную
радио-, видео-, телефонную связь или связь с помощью сигналов со всеми пунктами
загрузки или выгрузки;
г) машинист (оператор) имел безопасный путь выхода из кабины и входа в
нее;
д) гарантированный зазор между движущимися частями грузоподъемного
механизма или устройства, поднимаемым грузом и стационарными объектами (стеной
здания, колонной) был не менее 0,6 м, электрической проводкой - не менее 1,0 м.
Грузоподъемные механизмы оборудуются предохранительными устройствами,
препятствующими подъему груза массой, большей установленной грузоподъемности, а
также удерживающими груз от падения при аварийном отключении питания.
Грузовые крюки грузоподъемных средств должны быть снабжены
предохранительными замыкающими устройствами, предотвращающими самопроизвольное
выпадение грузозахватных элементов стропов, траверс и других грузозахватных
средств. Груз (каждая часть груза) в процессе подъема, перемещения, опускания должен
иметь надежную строповку или опору, исключающую возможность падения груза
(части груза).
8.2.3
Требования к СИЗ от падения с высоты
К средствам индивидуальной защиты от падения с высоты относятся:
а) предохранительные пояса (далее - пояса), соответствующие требованиям
ГОСТ Р 50849-96, ГОСТ 12.4.184-97;
б) предохранительные полуавтоматические верхолазные устройства типа
ПВУ-2;
в) ловители с вертикальным канатом или с другими устройствами;
г) канаты страховочные, соответствующие требованиям ГОСТ 12.4.107-82;
д) каски строительные, соответствующие требованиям ГОСТ 12.4.087-84.
Средства индивидуальной защиты от падения с высоты как отечественные, так
и приобретенные за рубежом, должны иметь сертификаты качества.
.2.4
Требования безопасности к оборудованию, механизмам, средствам малой
механизации, ручному инструменту
Оборудование, механизмы, средства малой механизации, ручной инструмент
(механический, пневматический, гидравлический, электрический), используемые при
работе на высоте, должны:
а) отвечать по своим техническим параметрам требованиям безопасности, а
вновь приобретенные должны иметь сертификат на соответствие требованиям
безопасности;
б) содержаться в технически исправном состоянии;
в) использоваться по назначению (на тех видах работ, для которых они
предназначены). Использование помимо основного назначения должно осуществляться
по разрешению компетентного лица (ответственного производителя работ);
г) использоваться работниками, имеющими соответствующую подготовку и
допуск к работе с ними;
д) быть оборудованными защитными устройствами (ограждениями, кожухами и
т.п.).
Кабели, шланги передвижных, переносных оборудования, механизмов, средств
малой механизации, ручного инструмента должны иметь минимально возможную длину
и не должны создавать угрозы безопасности.
Механизмы и оборудование с механическим приводом должны иметь блокировки
самопроизвольного пуска, легкодоступные и четко распознаваемые для оператора
устройства экстренной остановки. Опасные движущиеся части должны иметь защитные
ограждения.
Оборудование, механизмы, средства малой механизации, ручной инструмент,
имеющие изменяемую скорость вращения рабочего органа, при включении должны
запускаться на минимальной скорости вращения.
Оборудование, механизмы, средства малой механизации, ручной
механизированный и другой инструмент, используемые при выполнении работы на
высоте, должны применяться с обеспечением мер безопасности, исключающих их
падение (крепление, строповка, размещение на достаточном удалении от границы
перепада высот или закрепление через фалы к предохранительному поясу работника
и т.п.).
В процессе работы не допускается натягивать и перегибать питающие провода
и кабели, допускать их пересечение с металлическими канатами и тросами,
электрическими кабелями и проводами, находящимися под напряжением, оставлять
без надзора ручной механизированный инструмент, передавать его лицам, не
имеющим права на пользование им.
8.2.5
Требования безопасности при сварочных высотных работах
Выполняют сварочные работы квалифицированные рабочие, достигшие 18 лет
исправными прошедшими сертификацию инструментами.
Электро- и газосварочные работы, проводимые вне сварочных постов (кабин),
и другие работы, связанные с открытым пламенем, проводятся с разрешения
главного инженера (технического директора) организации по согласованию с
пожарной охраной и после принятия соответствующих мер предосторожности для
снижения опасности возгорания.
Для исключения попадания раскаленных частиц металла в смежные помещения,
соседние этажи и т.п. при сварных работах все смотровые, технологические и
другие люки (отверстия) в перекрытиях, стенах и перегородках помещений должны
быть закрыты негорючими материалами, и место проведения огневых работ должно
быть очищено от горючих веществ и материалов.
Запрещается выполнять сварочные работы с переносных лестниц,
незакрепленных опор, случайный подставок (бочки, ящики и т.п.).
8.3
Расчет и выбор вентиляции
Процесс сварки сопровождаются выделением пыли паров или избытков тепла,
вредных газов, что создаёт неблагоприятные условия для работы и может
отражаться на здоровье работающих. Количество примесей в нормальном составе
воздуха не может превышать установленные нормами предельно допустимые
концентрации, (см. таблицу 18). Это достигается за счёт максимального
совершенствования технологических процессов и применения вентиляции. Количество
выделяемых при сварочных работах примесей на 1кг расходуемого сварочного
материала приведено в таблице 19.
Таблица 18 - ПДК вредных веществ, выделяющихся в процессе сварочных работ
|
Наименование вещества
|
Агрегатное состояние (пар
или аэрозоль)
|
ПДК, мг/м3
|
Класс опасности
|
Технологический процесс
|
|
Оксид марганца
|
А
|
0,3
|
2
|
Сварочные работы
|
|
Оксид хрома
|
А
|
1
|
2
|
Сварочные работы
|
|
Оксид никеля
|
А
|
0,05
|
1
|
Сварочные работы
|
|
Оксид углерода
|
П
|
20
|
4
|
Сварочные работы
|
Таблица 19 - Количество вредных примесей, приходящихся на 1кг сварочного
материала
|
Свариваемый материал
|
Вредные вещества
|
|
Наименование
|
Количество
|
|
Сталь углеродистая
низколегированная
|
Оксид марганца
|
0,5
|
|
Оксид хрома
|
0,02
|
|
Оксид никеля
|
0,03
|
|
Оксид углерода
|
5
|
По месту действия вентиляция может быть общеобменной, местной и
комбинированной. В зависимости от способа, используемого для перемещения
воздуха, вентиляция бывает естественной и механической. Кроме того, различают
вентиляцию приточную, вытяжную и приточно-вытяжную.
Расчет будем производить местной вытяжной вентиляции, поскольку именно
она служит для улавливания и удаления вредных веществ непосредственно у
источника их образования.
Схема вытяжной установки используемой для удаления вредных примесей и газов,
в сварочном цехе показана на рисунке 51.
- местные отсосы (вытяжные зонты); 2 - вентилятор; 3 - фильтр;
- сеть воздуховодов; 5 - теплоисточник (верхняя обвязка крытого вагона)
Рисунок 51 - Схема вытяжной механической вентиляции
При выборе схемы отсоса и при его конструктивной проработке необходимо
руководствоваться следующими основными положениями:
− отсос должен быть максимально приближен к источнику и по
возможности изолировать источник от помещения;
− всасывающее отверстие следует ориентировать так, чтобы поток
вредных выделений минимально отклонялся от первоначального направления движения
и при этом удаляемый воздух не проходил через зону дыхания работающего[6].
Для удаления вредных примесей с рабочих мест применяем вытяжные зонты
(см. рисунок 52). Вытяжные зонты используют для улавливания теплоты и вредных
веществ. Зонт следует делать с центральным углом раскрытия не более 600; при
больших углах резко увеличивается площадь, занятая вихревыми зонами у острых кромок,
и соответственно уменьшается «эффективно всасывающая площадь» приемного
отверстия. При больших углах раскрытия зонта достичь эффективного всасывания по
всей его площади можно путем устройства уступа, рекомендуемые размеры D1=0,8D,
h=(0,12-0,15)D.
Рисунок 52 - Вытяжной зонт с уступом по периметру
Рассчитаем расход удаляемого воздуха для зонта, расположенного на высоте
l = 0,8м над источником длиной а = 25,620 м и шириной b = 3,185 м (верхняя
обвязка крыши крытого вагона). Конвективная теплоотдача источника Q=1500Вт.
Скорость движения воздуха в помещении Vв=0,3 м/с.
Осевая скорость в конвективном потоке на уровне расположения зонта
определена по формуле
 (41)
Предварительно
вычислив эквивалентный диаметр источника по формуле
 (42)
Поскольку
то
использование зонта не целесообразно[7].
Нужно
учесть также, что вытяжные зонты - относятся к группе стационарных вытяжных
устройств. Поэтому удаляемый поток вредных выделений, как правило, проходит
строго в определенном направлении. Исходя из условий выполнения
технологического процесса, это может усложнить работу сварщика, если удаляемый
воздух будет проходить через зону дыхания работающего. Кроме того, процесс
сварки будет проходить на высоте, где размещение вытяжного зонта не является
рациональным.
В
настоящее время, в связи с многообразием способов сварки, а также типов
изготавливаемых изделий создано большое количество современных конструкций
местных вытяжных устройств. Они могут быть систематизированы в следующие
группы:
−
подъемно - поворотные самофиксирующиеся вытяжные устройства;
−
переносные воздухоприемники с держателями;
−
местные отсосы встроенные в сварочное оборудование.
При
проведении сварочных работ в труднодоступных местах, а также на
крупногабаритных конструкциях предпочтительно использовать подъемно -
поворотные местные вытяжные устройства. Этот вид устройств включает
воздухоприемник, фиксирующийся в любом пространственном положении посредством
шарниров и тяг, и гибкий шланг диаметром 160 и 200мм, присоединяющий
воздухоприемник к магистральному воздуховоду централизованной вытяжной системы
низкого или среднего давления или к индивидуальному вентиляционному или фильтро
- вентиляционному агрегату. Будем иметь учитывать также габаритные размеры
вагона, по периметру которого будут проходить сварочные работы. В связи с этим
необходимо местное вытяжное устройство с большим радиусом действия.
Смонтировано
на специальной передвижной каретке, которая скользит по рельсу-воздуховоду на
роликах и обеспечивает соединение с вентиляционной выдвижной системой через
сопло, раздвигающее резиновые уплотнители продольной щели на рельсе
воздуховоде. Т.о. зона обслуживания определяется исходя из зоны обслуживания
выбранного вытяжного устройства KUA и длины рельса воздуховода. Устройство поворачивается
на 3600, область его охвата достигает 4 метров. Рельс включает алюминиевый
профиль длиной 5,8 м. Его длина может быть скомбинирована из желаемого
количества отрезков. Рельс монтируется к стене или потолку. Длина может быть
отрегулирована по индивидуальным требованиям. Установка также может быть
снабжена необходимым количеством вытяжных устройств KUA. При
движении корпус каретки скользит по щели алюминиевого профиля между
закрепленными резиновыми уплотнителями. Дым и газы удаляются через вытяжные
устройства KUA в вытяжной рельс и далее в вентиляционную систему.
Рисунок
54 − Комплекс вытяжных устройств фирмы PRO LINE
Комплекс,
представленный на рисунке 54, состоит из следующих устройств:
−
удлиняющего устройства − NEC 2, служит для увеличения радиуса действия
вытяжного устройства; оснащено системой HandyStop, которая блокирует в заданном
пространстве вытяжное устройство, тем самым предотвращая его самопроизвольное
перемещение в горизонтальной плоскости;
−
дополнительного удлиняющего устройства − EXT NEC 4, 2м;
−
гибкого вытяжного устройства с вращающейся на 3600 воздухоприемной воронкой −
ULTRA FLEX4, в которую встроена дроссельная заслонка (полностью
открыта/закрыта, частично закрыта) для управления воздушным потоком; также
устройство оборудовано фокусирующим дефлектором и пружинной балансировочной
системой.
Конструкция
таких устройств позволяет максимально приблизить воздухоприемник к источнику
выделения вредностей и тем самым добиться высокой эффективности их улавливания
(80 - 85%).
9. Безопасность в чрезвычайных
ситуациях. Дезактивация объекта, загрязненного радиоактивными веществами
В результате запроектной аварии на РОО с выбросом радиоактивных веществ
произошло радиоактивное загрязнение объекта, рассматриваемого в дипломном
проекте, а именно подвижного состава.
Исходные данные для расчета радиационной разведки:
Номер варианта……………………………………………………...3
Время начала загрязнения объекта после аварии, ч…………………4
Продолжительность ранней стадии (РС), ч……………………….…28
Уровень радиоактивного загрязнения объекта (ДЗ) в конце РС,
частиц (см2·мин)………… ………………………………………7800
Требуется:
− изложить общие сведения о дезактивации ж.д. сооружений и
устройств;
− оценить радиационную обстановку и определить элементы объекта,
подлежащие дезактивации;
− определить способы, объемы, силы и средства дезактивации.
9.1
Общие сведения о дезактивации железнодорожных сооружений и устройств
При ликвидации последствий ЧС важнейшей задачей является обеззараживание
местности, сооружений и устройств, транспортных средств, одежды,
продовольствия, воды, воздуха, то есть всего, что нас окружает и сопутствует
повседневной жизни.
В зависимости от вида заражения различают виды обеззараживания, одним из
которых является дезактивация. Дезактивация - это обеззараживание путем
удаления радиоактивных загрязнений или изоляции загрязненных поверхностей.
Обеззараживание жидкости и газов определяется термином «очистка», а кожных
покровов человека - «санитарная обработка».
Рассмотрим основные способы дезактивации и приведем их краткую
характеристики:
а) безжидкостные способы дезактивации:
) дезактивация поверхностей струей газа или воздуха: малоэффективна, так
как газовый (воздушный) поток в состоянии преодолеть лишь поверхностное
радиоактивное загрязнение и не может извлечь его из глубины материала, а
дезактивация проводится по принципу незамкнутого цикла (по существу проходит
дезактивация одного объекта и загрязнение другого).
) пескоструйная дезактивация: введение в воздушную струю порошка (песка,
карборунда, металлических порошков), обладающих абразивными свойствами и
способного снять верхний слой, в который проникли РВ. В результате можно
удалить не только поверхностные, но и глубинные загрязнения. При таком способе
можно использовать различных компрессоры. Однако производительность такой
обработки не велика.
) дезактивация пылеотсасыванием: поток воздуха направлен от
обрабатываемой поверхности под действием вакуума. В первой стадии процесса
удалению поверхностных РВ способствует механическое воздействие щетки.
Воздушный поток подхватывает загрязнения, транспортирует их с поверхности и тем
самым осуществляет вторую стадию дезактивации. Фильтрация загрязненного потока
позволяет улавливать удаленные частицы и осуществлять очистку на основе
замкнутого цикла.
) снятие загрязненного слоя: совмещает две стадии процесса дезактивации -
уборка и транспортирование радиоактивных загрязнений. Используется при
дезактивации территорий, дорог, окрашенных изделий. Эффективность этого способа
определяется глубиной снимаемого верхнего слоя. Считается, что снимаемый слой
должен быть в два раза толще глубины проникновения радионуклидов.
) дезактивация путем изоляции загрязненной поверхности: эффективность
этого способа зависит от толщины и ширины сплошного изолирующего слоя, свойств
изолирующего материала. Для его создания используются природные материалы (песок,
грунт, щебень) и промышленные строительные заготовки в виде железобетонных и
бетонных плит, различных блоков, листового материала.
б) жидкостные способы дезактивации:
) дезактивация струей воды: широко применяется для обеззараживания
зданий, оборудования, участков местности с твердым покрытием, транспортных и
других средств. Уменьшают расход воды при помощи импульсной обработки, которая
заключается в чередовании включения и выключения источника, генерирующего струю
воды.
) водно-абразивная дезактивация: исключает распыл РВ, снятых с
загрязненной поверхности, сокращает расход воды и создает условия
распространения установок, работающих на основе замкнутого цикла.
) дезактивирующий раствор (пена);
) стирка.
в) комбинированные:
) пароэмульсионный способ дезактивации: применяется при обработке
транспортных средств, оборудования, аппаратуры, зданий и сооружений. В качестве
рабочего тела используется струя пара. Таким образом удаляется значительная
часть глубинных радиоактивных загрязнений, особенно из пор и выемов. В виде
добавки можно в пар ввести дезактивирующий раствор, чтобы повысить
эффективность.
) дезактивация с помощью сорбентов: сорбенты - порошки, способные
поглощать радионуклиды, извлекая их из различной среды. Многочисленные поры
резко увеличивают поверхность сорбентов, а следовательно, способность
адсорбировать. Чаще всего сорбенты применяют для извлечения радионуклидов из
газовой и водной среды. Процесс дезактивации идет в две стадии: сначала имеет
место движение радионуклидов к поверхности сорбента, а затем их адсорбция. Эти
стадии довольно продолжительны. Кроме того, сорбенты способны избирательно
поглощать различные радионуклиды.
) использование пленок: в зависимости от назначения различают три группы
пленок: изолирующие (воспринимают загрязнения или снижают силы взаимодействия
между ними), дезактивирующие (проникновение загрязняющих веществ из объекта
внутрь пленки), локализирующие (покрывают поверхность уже подвергшуюся
загрязнению).
Наряду с дезактивацией нужно проводить локализацию радиоактивных
загрязнений, предотвращая переход РВ на чистые поверхности [8].
9.2
Оценка радиационной обстановки и определение элементов объектов, подлежащих
дезактивации
Цель оценки радиационной обстановки - принятие решения на проведение
дезактивации объекта, поэтому оценка сводится к определению уровня
радиоактивного загрязнения ДЗ элементов объекта и построению графиков спада ДЗ
со временем.
Уровень радиоактивного загрязнения наружных поверхностей сооружений,
подвижного состава, зданий, техники принимается равным 10% от уровня
загрязнения территории.
Уровень загрязнения внутренних поверхностей зданий, подвижного состава,
кабин машин следует принять 50% от уровня загрязнения наружных поверхностей.
Уровень загрязнения территорий ДЗ на любое время t определяется с учетом
уровня загрязнения их через 1 ч после аварии ДЗ1 и коэффициента спада радиации
Кt, и вычислен по формуле
ДЗt=ДЗ1·Кt (42)
ДЗ1=ДЗРС/КtРС (43)
где ДЗРС - уровень загрязнения территории в конце РС;
КtРС - коэффициент спада радиации на время окончания ранней стадии [9].
Результат расчета сведем в таблицу 20.
Таблица 20 - Уровень загрязнения
|
Время t
|
Уровень загрязнения
территорий, ж/д путей и т.п., ДЗt, частиц/см2·мин
|
Уровень загрязнения зданий,
пс, техники снаружи, ДЗсн, частиц/см2·мин
|
Уровень загрязнения зданий,
пс, техники внутри, ДЗвн, частиц/см2·мин
|
|
1
|
21081,081
|
2108,1081
|
1054,054
|
|
2
|
5902,7
|
590,27
|
295,135
|
|
3
|
5059,459
|
505,9459
|
252,97
|
|
5
|
4005,41
|
400,541
|
200,271
|
|
7
|
3162,16
|
316,216
|
157,108
|
|
10
|
2740,54
|
274,054
|
137,027
|
|
15
|
2318,92
|
231,892
|
115,946
|
|
30
|
1475,675
|
147,5675
|
73,78
|
На основе данного расчета построим кривые спада ДЗ, рисунки 55, 56.
Определение элементов объекта, подлежащих первоочередной дезактивации,
производится с учетом их важности и допустимых уровней загрязнения.
Таблица 21 - Таблица допустимых уровней загрязнения элементов объекта
|
Наименование поверхностей
|
Допустимые уровни
радиоактивного загрязнения, частиц/см2·мин
|
|
1 Территория объекта:
наружные поверхности зданий и других сооружений
|
250
|
|
2 Ж.-д. путь: наружные
поверхности подвижного состава, машин и технических средств
|
200
|
|
3 Внутренние поверхности
служебных помещений, кабин локомотивов, машин
|
100
|
|
4 Внутренние поверхности
жилых помещений; пассажирских вагонов, автобусы
|
50
|
По заданию необходимо дезактивировать подвижной состав.
Определяем по графикам время, через которое загрязнение элемента снизится
до допустимых уровней. Для наружных поверхностей подвижного состава допустимый
уровень загрязнения составит 200 частиц/см2*мин и будет достигнут он за 19
дней; для внутренних - 100 частиц/см2*мин и продолжительность спада до
допустимых уровней превысит месяц.
Рассчитываем ориентировочное время окончания работ по дезактивации. Оно
складывается из продолжительности ранней стадии
(когда дезактивация нецелесообразна) и времени необходимого для
производства работ. Продолжительность работ при оценочных расчетах (с учетом
подготовительных работ) примем равной 3 суткам.
Полученное время, затрачиваемое на дезактивацию, сравним со временем
спада ДЗ до допустимых уровней (время естественной дезактивации). Результаты
сведем в таблицу 22.
Таблица 22 - Результаты расчета
|
Элемент объекта,
подлежащего дезактивации
|
Допустимые уровни
загрязнения, частиц/см2·мин
|
Время снижения ДЗ до
допустимого уровня, сут.
|
Время дезактивации, сут.
|
Дезактивация
|
200
|
19
|
5
|
требуется
|
|
2 Внутренние поверхности
подвижного состава
|
100
|
Более месяца
|
5
|
требуется
|
9.3 Определение объемов, способов, сил и средств дезактивации
Таблица 23 - Объемы, способы и технические средства дезактивации
|
Элементы объекта,
подлежащие дезактивации
|
Количество элементов
|
Площадь, м2
|
Способы дезактивации
|
Используемая техника
|
Расход воды, л
|
|
Подвижной состав
|
15
|
5894,32
|
Струей воды под давлением
|
АРС, ТСМ-65, мотопомпы,
пожарные машины, поливо-моечные машины, растворонасосы
|
70731,81
|
|
|
5894,32
|
Дезактивирующими растворами
|
АРС, ДК-4, краскопульты,
сельскохозяйственные опрыскиватели, поливо-моечные машины
|
70731,81
|
Дезактивирующие растворы используют для обеззараживания транспорта,
одежды, зданий, сооружений, оборудования, помещений и дорог с твердым
покрытием. Общую схему процесса можно представить в следующем виде:
(поверхность + радиоактивное загрязнение)+ дезактивирующий раствор =
поверхность +(дезактивирующий раствор + радиоактивные загрязнения). То есть
дезактивирующий раствор преодолевает связь радиоактивных загрязнений с
поверхностью объекта и удерживает эти загрязнения. Затем создаются условия для
удаления загрязнений вместе с отработанными дезактивирующими растворами.
Обмывку при полной дезактивации производят при давлении на выходе струи
не менее 1000 кПа, а при обмывке из брандспойтов - не менее 200 кПа. В случае
необходимости производят дополнительную обработку отдельных частей вагонов и
локомотивов посредством протирания щетками, ветошью или другими способами.
К другим способам дезактивации относятся:
обдувание зараженных поверхностей струей острого пара;
удаление радиоактивной пыли с помощью пылесосов или насадками вакуумных
установок (внутри вагонов, локомотивов).
При дезактивации груженных вагонов обработке подлежат только наружные
поверхности без выгрузки грузов, при дезактивации порожних вагонов обрабатывают
как наружные, так и внутренние поверхности.
Наружную мойку вагонов водой или моющими растворами производят из расчета
9 - 12 л/м2 обрабатываемой поверхности при давлении струи 1200 - 1500 кПа.
Качество дезактивации контролируют радиометрическими приборами.
Обеззараживание объекта осуществляется на основе радиационной разведки.
Личный состав формирований радиационной разведки комплектуется за счет
численности работников организаций, продолжающих работу в период мобилизации и
в военное время.
Комплектование формирований личным составом производится из числа мужчин
в возрасте от 18 до 60 лет, женщин от 18 до 55 лет, за исключением военнообязанных,
имеющих мобилизационные предписания, инвалидов I, II, III групп, беременных
женщин, женщин, имеющих детей в возрасте до 8 лет, а также женщин, получивших
среднее и высшее медицинское образование, имеющих детей в возрасте до 3-х лет.
9.4
Выводы по БЖЧС
В ходе данной главы дипломного проекта был проведен анализ радиационной
обстановки, который выявил, что уровень допустимого загрязнения для наружных
поверхностей составит 200 частиц/см2·мин, для внутренних - 100 частиц/см2*см.
Время естественной дезактивации составит в первом случае- 19 суток, во втором -
превысит месяц. Расчетное время дезактивации составит 5 сут.
Исходя из полученных данных и основных сведений о дезактивации,
изложенных в разделе, определены объемы, способы, силы и средства дезактивации.
Рациональный способ дезактивации - струей воды под давлением или
дезактивирующим раствором; состав разведывательной группы и ее структура: пять
человек - командир, радист, машинист, разведчик-дозиметрист, разведчик-химик -
и одна единица техники - дрезина (тепловоз).
Список использованных источников
Вагоны под ред. Шадура Л. А. - М.: Транспорт, 1973.
2 Общие технические требования к грузовым вагонам
нового поколения. - М.: ВНИИЖТ, 2002.
Нормы для расчета и проектирования новых и
модернизируемых вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных). - М.:
ГосНИИВ-ВНИИЖТ, 1996, (с дополнениями и изменениями на момент разработки).
Экономика железнодорожного транспорта под ред.
Терешиной Н.П. - М.: УМК МПС России, 2001.
Методическими рекомендациями по оценки экономической
эффективности инвестиций. - С-Пб.: ОАО РЖД, 2005.
СНиП II-33-75. Отопление, вентиляция и
кондиционирование воздуха. - М.: Стройиздат, 1976г.
Канонин Ю.Н. и др. Проектирование средств защиты от
опасных производственных факторов: учеб. пособ. Часть 2. - С-Пб, 1995г.
Махонько П.Ф., Подшивалов В.М., Шейнин И.И.
Предупреждение и ликвидация чрезвычайных ситуаций на железнодорожном
транспорте: учеб. пособ. Часть 1. - C-Пб, 2004.
Подшивалов В.М. Оценка радиационной обстановки:
учеб. пособ. - С-Пб, 2002г.
Приложение
А
Сечения
балок, используемые в модели вагона
Приложение
Б
Сечения
балок, используемые в модели крыши вагона
Похожие работы на - Модернизация крытого вагона с целью улучшения его экономических показателей
|