Ученые ВНИЦТТ готовят решения для увеличения срока службы вагонов

Каждый тип вагона имеет свой набор элементов, которые влияют на назначенный срок службы (НСС). Однако у всех вагонов есть общее – шкворневой узел или хребтовая балка в зависимости от особенностей нагружения конструкции. Именно этот элемент, по мнению ученых, определяет назначенный срок службы вагонов. РЖД-Партнер изучил работу, цель которой – формирование подходов к определению рациональной величины НСС при разработке новых вагонов.

Шкворневой узел полувагона

Ученые Всесоюзного научно-исследовательского центра транспортных технологий хотят уточнить технические (нормативные) критерии грузовых вагонов. Для этого они намерены разрешить две задачи. Первая. Необходимо понять: любой ли элемент конструкции должен иметь срок службы не менее НСС вагона и существует ли набор ключевых определяющих узлов. Есть и еще один вопрос: зависят ли ключевые элементы от типа и конструкции вагона.

«Вторая часть задачи из области критериев экономических, – к таким выводам пришли ученые «ВНИЦТТ» в своей работе. – В отличие от технических они позволяют уже не определить, а именно выбрать величину НСС».

При этом НСС не единственный показатель, влияющий на экономический эффект, подчеркивается в работе. Итак, конструктивные решения для полувагонов для наглядности решений выполнялось для аналога, имеющего типовой НСС, и нового вагона с увеличенным значением данного показателя.

«Шкворневой узел полувагона с разгрузочными люками состоит из большого количества элементов и их соединений. Изменения конструкции направлены на увеличение сечения верхнего и вертикального листа шкворневой балки для снижения уровня напряжений от вертикальной и продольной нагрузок. Кроме этого, с целью снижения концентрации напряжений использованы дополнительные решения в конструкции соединений верхнего и нижнего листов шкворневой балки с хребтовой. Вторым нагруженным элементом полувагона являются боковые стойки и их соединение с рамой. Выбор конструктивных решений направлен на изменение конструкции и сечения, а также снижение уровня концентрации напряжений в зоне ее соединения с нижней обвязкой при действии определяющей вертикальной нагрузки», – сообщается в работе.

Достигнутое в результате фактическое значение срока нового полувагона составило 33 года против 28 лет для аналога при назначенном 32 и 22 года соответственно.

«Сходные решения по шкворневому узлу и стойкам боковой стены с поправкой на особенности конструкции и нагружения использованы при разработке полувагона с глухим кузовом. Достигнутое в ходе работ фактическое значение срока службы нового полувагона составило 33 года против 23 лет для аналога», – подчеркивается в работе.

Опыт: продолжение

Под испытания ученых попали хоппер и безрамная цистерна. С первым работа проходила сложно. Так как у вагона-хоппера необходимо было учитывать сложное пространственное нагружение шкворневой балки и шкворневого узла. Поэтому, со слов ученых, под наблюдением оказались «практически все детали данного узла».

«Основной задачей стало снижение напряжений, возникающих в соединениях и приводящих к недопустимым повреждениям хребтовой балки. Второй комплекс усовершенствований коснулся элементов соединения кузова и рамы, наиболее нагруженных при действии продольных нагрузок и повреждаемых в эксплуатации», – к таким выводам пришли ученые «ВНИЦТТ».

Предложенные мероприятия гарантировали увеличение срока службы до 34 лет по сравнению с аналогом, имеющем значение указанного показателя на уровне 27 лет, гласят выводы ученых.

Определяющей для шкворневого узла вагонов-платформ и консольной части в целом является продольная нагрузка от перевозимых контейнеров, добавляют здесь. При переходе на увеличенный НСС недостаточно существующих решений в виде раскосов и локальных усилений пересечений продольных и поперечных балок рамы.

«Снижение амплитуд напряжений и коэффициентов концентрации достигается при помощи комплексного увеличения сечений балок, а также конструктивных усовершенствований их соединений между собой. Увеличение запаса сопротивления усталости при действии ударных нагрузок также достигнуто при изменении сечения нижнего листа и расположения фитинговых упоров непосредственно на боковой балке», – явствует из работы.

Изменения позволили увеличить срока службы вагонов-платформ до 42 лет. Аналог, для сравнения, достиг показателя на уровне в 35 лет. Ученые подчеркивают, назначенный срок службы – 40 и 32 соответственно.

«Для безрамной цистерны, в отличие от других типов вагонов или рамных аналогов элементом, определяющим срок службы, является хребтовая балка. Критичными с точки зрения запаса сопротивления усталости становятся соединения с опорами котла в центральных и консольных полурамах при действии продольных нагрузок. Также для исключения повреждений котла в течение назначенного срока службы выбраны параметры опор и их соединений с обечайками и днищами», – явствует из работы.

Перечисленные мероприятия позволили подтвердить срок службы не менее 45 лет при назначенном 40 лет. Однако ученые настаивают, необходимо также учитывать экономические критерии для выбора назначенного срока службы. Они учтены в комплексной оценке. В качестве таковой, подчеркивают ученые «ВНИЦТТ», целесообразно рассматривать комплекс затрат в течении жизненного цикла вагона, на которые оказывает влияние величина НСС. К ним, подчеркнем, относятся затраты на различные виды ремонтов и амортизацию вагона.

Фото: Максим Каширин. Пресс-служба РЖД.