Підвищення безпечної експлуатації вагонів-цистерн шляхом створення захисних пристроїв підвищеної енергоємності
Loading...
Date
2006
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Видавництво Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна
Abstract
UK: АНОТАЦІЯ
Дисертацію присвячено питанням підвищення безпеки руху вагонів-цистерн, що транспортують екологічно небезпечні вантажі, у тому числі газових цистерн нового покоління, шляхом обладнання днищ котлів захисними пристроями підвищеної енергоємності. Розроблено методику та скінченно-елементні моделі для аналізу пружно-пластичного деформування днищ котлів цистерн з пристроями їх захисту при аварійних ударах. В результаті виконаних досліджень виготовлена, випробувана і впроваджена у виробництво на ВАТ “МЗВМ” конструкція вагона-цистерни моделі 15-9503 АВП, днища котла якої обладнано розробленими торцевими запобіжними щитами, що містять стільникові енерговбираючі елементи.
RU: АННОТАЦИЯ Диссертация посвящена вопросам повышения безопасности движения вагонов-цистерн, транспортирующих экологически опасные грузы, в том числе газовых цистерн нового поколения, путем оборудования днищ котлов защитными устройствами повышенной энергоемкости. В диссертации выполнен анализ существующих средств защиты вагонов-цистерн от пробивания днищ котлов в аварийной ситуации. Установлено, что повышение эффективности защиты может быть достигнуто за счет использования в конструкциях защитных устройств энергопоглощающих элементов, отличающихся пониженной материалоемкостью и повышенной энергоемкостью. Определены основные требования к устройствам защиты днищ цистерн в аварийных ситуациях. Разработана методика и конечно-элементные модели для динамического анализа упруго-пластического деформирования элементов вагонов-цистерн, оборудованных устройствами защиты днищ котлов, при аварийных ударах в рамках деформационной теории пластичности с учетом нелинейной зависимости между деформациями и перемещениями. Предложенная методика и математические модели позволяют определить зоны концентрации и максимальные значения напряжений, исследовать упругопластический характер деформирования наиболее нагруженных элементов конструкции, оценить уровень нагрузок, а также скоростей соударения цистерны с вагоном-бойком, при которых возможно разрушение элементов вагона-цистерны. Дана оценка напряженно-деформированного состояния вагона-цистерны для перевозки сжиженных углеводородных газов и легкого углеводородного сырья без защитных устройств и с различными вариантами защиты днищ. Показано, что нарушение герметичности днищ вагона-цистерны без средств защиты и в случае оборудования днищ котла накладками толщиной порядка 0,01 м может произойти при скоростях соударения с вагоном-бойком выше 12 км/ч. Использование торцовых щитов позволяет обеспечить целостность днищ котла при скоростях аварийных столкновений порядка 20 км/ч. Создана концепция для выбора рациональных параметров защитных конструкций с сотовыми энергопоглощающими элементами, основанная на принципе максимального поглощения кинетической энергии удара за счет особенностей упругопластического деформирования и разрушения сотовых элементов до появления вмятин на днище котла. Проведены исследования и разработаны рекомендации по выбору рациональных параметров перспективных конструкций устройств, содержащих сотовые элементы и предназначенных для защиты днищ котла в аварийной ситуации. Разработана конструкция защитного устройства в виде закрепленного на раме вагона-цистерны торцового щита с энергопоглощающими элементами. Проведена экспериментальная отработка предложенной защитной конструкции с помощью натурных испытаний вагона-цистерны при аварийном соударении его с вагоном-бойком, автосцепка которого закреплена на высоте, позволяющей осуществлять удары в днище котла. В результате анализа методами математического моделирования напряженно-деформированного состояния элементов конструкции вагона-цистерны для перевозки сжиженных углеводородных газов при эксплуатационных и аварийных ударах установлено, что выбранные параметры конструкции и защитных устройств с учетом снижения толщины оболочки котла с 0,024 м до 0,022 м обеспечивают требуемую прочность конструкции в эксплуатации, а применение разработанных защитных устройств повышает безопасность вагона-цистерны в аварийной ситуации и позволяет сохранить герметичность котла при скорости соударения до 34 км/ч. Создан опытный образец вагона-цистерны с разработанными средствами защиты днищ котла и выполнены экспериментальные исследования прочности крепления предохранительного щита с энергопоглощающими элементами на раме вагона-цистерны. Показано, что конструкция крепления щита обеспечивает достаточный запас прочности при действии ударных и вибрационных нагрузок в эксплуатации на срок службы нового вагона-до первого капитального ремонта. С учетом существующей нормативно-методической базы разработана методика, проведен расчет и показана эффективность применения разработанного защитного устройства в аварийной ситуации. В результате выполненных исследований изготовлена, испытана и внедрена в производство на ОАО “МЗТМ” конструкция вагона-цистерны модели 15-9503 АВП, днища котла которой оборудованы разработанными торцовыми предохранительными щитами, содержащими сотовые энергопоглощающие элементы.
EN: SUMMARY The thesis is devoted to questions of increase of safety of motion of tank-cars for ecologically dangerous cargoes including gas tank-cars of new generation by the equipment of the tank heads by accident protection devices with increased power consuming. The technique and finite element models are developed for the analysis of elastic-plastic deformations of tank-car tank heads with protection devices at emergency impacts. As a result of the executed researches the 15-9503 АVP model tank-car structure equipped by the developed safety end-wall shields with cellular power-absorbing elements is made, tested and implemented into production by public corporation “Мariupol heavy engineering plant”.
RU: АННОТАЦИЯ Диссертация посвящена вопросам повышения безопасности движения вагонов-цистерн, транспортирующих экологически опасные грузы, в том числе газовых цистерн нового поколения, путем оборудования днищ котлов защитными устройствами повышенной энергоемкости. В диссертации выполнен анализ существующих средств защиты вагонов-цистерн от пробивания днищ котлов в аварийной ситуации. Установлено, что повышение эффективности защиты может быть достигнуто за счет использования в конструкциях защитных устройств энергопоглощающих элементов, отличающихся пониженной материалоемкостью и повышенной энергоемкостью. Определены основные требования к устройствам защиты днищ цистерн в аварийных ситуациях. Разработана методика и конечно-элементные модели для динамического анализа упруго-пластического деформирования элементов вагонов-цистерн, оборудованных устройствами защиты днищ котлов, при аварийных ударах в рамках деформационной теории пластичности с учетом нелинейной зависимости между деформациями и перемещениями. Предложенная методика и математические модели позволяют определить зоны концентрации и максимальные значения напряжений, исследовать упругопластический характер деформирования наиболее нагруженных элементов конструкции, оценить уровень нагрузок, а также скоростей соударения цистерны с вагоном-бойком, при которых возможно разрушение элементов вагона-цистерны. Дана оценка напряженно-деформированного состояния вагона-цистерны для перевозки сжиженных углеводородных газов и легкого углеводородного сырья без защитных устройств и с различными вариантами защиты днищ. Показано, что нарушение герметичности днищ вагона-цистерны без средств защиты и в случае оборудования днищ котла накладками толщиной порядка 0,01 м может произойти при скоростях соударения с вагоном-бойком выше 12 км/ч. Использование торцовых щитов позволяет обеспечить целостность днищ котла при скоростях аварийных столкновений порядка 20 км/ч. Создана концепция для выбора рациональных параметров защитных конструкций с сотовыми энергопоглощающими элементами, основанная на принципе максимального поглощения кинетической энергии удара за счет особенностей упругопластического деформирования и разрушения сотовых элементов до появления вмятин на днище котла. Проведены исследования и разработаны рекомендации по выбору рациональных параметров перспективных конструкций устройств, содержащих сотовые элементы и предназначенных для защиты днищ котла в аварийной ситуации. Разработана конструкция защитного устройства в виде закрепленного на раме вагона-цистерны торцового щита с энергопоглощающими элементами. Проведена экспериментальная отработка предложенной защитной конструкции с помощью натурных испытаний вагона-цистерны при аварийном соударении его с вагоном-бойком, автосцепка которого закреплена на высоте, позволяющей осуществлять удары в днище котла. В результате анализа методами математического моделирования напряженно-деформированного состояния элементов конструкции вагона-цистерны для перевозки сжиженных углеводородных газов при эксплуатационных и аварийных ударах установлено, что выбранные параметры конструкции и защитных устройств с учетом снижения толщины оболочки котла с 0,024 м до 0,022 м обеспечивают требуемую прочность конструкции в эксплуатации, а применение разработанных защитных устройств повышает безопасность вагона-цистерны в аварийной ситуации и позволяет сохранить герметичность котла при скорости соударения до 34 км/ч. Создан опытный образец вагона-цистерны с разработанными средствами защиты днищ котла и выполнены экспериментальные исследования прочности крепления предохранительного щита с энергопоглощающими элементами на раме вагона-цистерны. Показано, что конструкция крепления щита обеспечивает достаточный запас прочности при действии ударных и вибрационных нагрузок в эксплуатации на срок службы нового вагона-до первого капитального ремонта. С учетом существующей нормативно-методической базы разработана методика, проведен расчет и показана эффективность применения разработанного защитного устройства в аварийной ситуации. В результате выполненных исследований изготовлена, испытана и внедрена в производство на ОАО “МЗТМ” конструкция вагона-цистерны модели 15-9503 АВП, днища котла которой оборудованы разработанными торцовыми предохранительными щитами, содержащими сотовые энергопоглощающие элементы.
EN: SUMMARY The thesis is devoted to questions of increase of safety of motion of tank-cars for ecologically dangerous cargoes including gas tank-cars of new generation by the equipment of the tank heads by accident protection devices with increased power consuming. The technique and finite element models are developed for the analysis of elastic-plastic deformations of tank-car tank heads with protection devices at emergency impacts. As a result of the executed researches the 15-9503 АVP model tank-car structure equipped by the developed safety end-wall shields with cellular power-absorbing elements is made, tested and implemented into production by public corporation “Мariupol heavy engineering plant”.
Description
Захист – 12 жовтня 2006 року.
Keywords
железнодорожная цистерна, аварийный удар, защитные устройства, энергопоглощающие сотовые элементы, динамическая нагруженность, напряженно-деформированное состояние, метод конечных элементов, вагон-цистерна, аварійний удар, захисні пристрої, енерговбираючі стільникові елементи, напружено-деформований стан, метод скінченних елементів, the railway tank-car, emergency impact, accident protection devices, power-absorbing cellular elements, dynamic loading, stressed-strained state, finite element method, КБМ
Citation
Волков В. А. Підвищення безпеки експлуатації вагонів-цистерн шляхом створення захисних пристроїв підвищенної енергоємкості : авт. дис. к.т.н. : 05.22.07 / В. А. Волков. – Дніпропетровськ, 2006.