Снижение воздействия бокового ветра на подвижной состав при транспортировке сыпучего груза по железным дорогам



В статье обозначены проблемы транспортировки сыпучих грузов в полувагонах по железным дорогам. Рассматриваются риски потерь, меры их предупреждения. Предложена новая технология по защите грузов при перевозке, приведены расчеты и показана экономическая выгода использования новой технологии.

Ключевые слова: железнодорожный транспорт, полувагон, сыпучий груз, ветер, потери, обвязка

Известно, что в настоящее время для перевозки сыпучих грузов, не требующих защиты от атмосферных осадков, широкое распространение получило применение полувагонов моделей 12–1000, 12–532, 12–119, 12–757, 12–132 с объемом кузова от 73 до 88 м³ [1]. Отсутствие крыши на полувагоне обеспечивает удобство и высокую скорость погрузо-разгрузочных работ, однако при транспортировке сыпучих грузов, под действием бокового ветра, достигающего 20 м/с, могутиметь место три основных вида потерь [2]:

1. Часть груза теряется через зазоры кузова вагона;
2. Мелкие фракции частично выдуваются обтекающим потоком воздуха;
3. Крупные частицы теряются с «шапки», расположенной выше уровня бортов полувагона.

1) Потери груза через зазоры (дефекты) кузова принято считать основными причинами потерь. Данные потери имеют четыре типа:

− прямые щели в дне кузова (щели возле хребтовой балки и в местах прилегания крышек люков к поперечным балкам, проломы крышек люков);

− прямые щели на бортах кузова, образовавшиеся за счет проломов обшивки на различной высоте;

− большие и малые зазоры в створе торцовых дверей и по их шарнирам;

− лабиринтные щели (маленькие деформации крышек люков и перекрывающих их металлических полос).

Менее значимые потери, по сравнению с вышеуказанными, являются неравномерный гранулометрический состав и физические свойства самого груза, а так же ускорения, испытываемые кузовом при движении поезда, изменение давления в толще груза вблизи щелей.

2) Выдувание груза. Опыт эксплуатации полувагонов моделей 12–1000, 12–532, 12–119, 12–757, 12–132 при перевозке сыпучих грузов показывает, что большие потери возникают в результате выдувания груза с поверхности набегающим воздушным потоком. В настоящее время принято считать [2], что большая часть потерь, вызванная выдуванием, происходит из-за устаревших способов погрузки сыпучих грузов. Ежегодно изменяются гранулометрический состав грузов, скорость движения поездов, др. условия транспортировки, а способы погрузки остаются неизменными.

3) Самые ощутимые потери груза, расположенного выше уровня бортов, возникают из-за дефектов и нарушений погрузки:

− волнообразная погрузка по всей длине вагона, приводит к интенсивному выдуванию во время движения, особенно при высоких скоростях;

− неравномерная загрузка полувагона по всей его площади: груз не догружается у бортов по высоте на 200–500 мм и у торцовых дверей — на 500–700 мм, при этом высота «шапки» над уровнем бортов достигает иногда 700 мм.

В результате такой загрузки большая часть груза попадает под прямой удар встречного воздушного потока, и все пустоты у дверей и бортов становятся местом образования локальных вихрей, которые позволяют потоку ветра уносить частицы груза. Из всего многообразия факторов, влияющих на утрату сыпучего груза при транспортировке, главными являются [3]:

− скорость движения поезда, достигающая 90 км/час;

− гранулометрический состав;

− влажность;

− конструкция вагона и его техническое состояние;

− расстояние перевозки;

− способ погрузки — степень уплотнения, высота над уровнем бортов, конфигурация верхнего штабеля погрузки и др.

Одним из способов устранения негативного влияния перечисленных фактов является применение гибких эластичных укрытий [4, 5]. Укрытие может быть выполнено цельнотканым, сшитым из отдельных полотнищ, цельнолистовым или состоящим из отдельных листов, неразъемно соединенных между собой. В качестве материала укрытия может быть использован трудногорючий, негорючий или огнестойкий материал, такой как стеклоткань, стекловолокно, асбестоволокно или базальтовое волокно или материал выполненный из композитных материалов, армированных стеклотканью, стекловолокном, асбестоволокном или базальтовым волокном.

Прижимные элементы могут представлять собой поперечно-диагональную и/или поперечно-продольную обвязку с переменным шагом (рис. 1). В местах перекрещивания прижимные такелажные элементы могут быть дополнительно склеены и/или соединены между собой скрепками. Прижимные такелажные элементы могут быть упруго-эластичными, а так же могут быть свободными или соединенными с упомянутым укрытием, предпочтительно, посредством клеевого соединения. Натяжные такелажные элементы, так называемая растяжка служат для фиксации краев укрытия в непосредственной близости от бортов кузова полувагона, обеспечивают укрытие всей поверхности груза в целом. В одной из форм выполнения укрытия полувагона натяжные такелажные элементы могут быть протянуты через люверс упомянутого укрытия, затем — по диагонали — через отверстие упомянутого такелажного анкера, затем — через соседний люверс укрытия и так далее — по всему периметру кузова и укрытия. Или участки упомянутых натяжных такелажных элементов перехлестнуты и/или привязаны к дополнительному такелажному элементу, протянутому через отверстия в упомянутых анкерах по всему периметру упомянутого кузова.

Рис. 1. Обвязка полувагона [4]: 1–14 — крепежные элементы для веревки по бортам (вид сверху); 106 — крепление веревки (вид изнутри); 108 — боковые двери; 110 — верхняя грань бортов; 114 — крепление тента

Для усиленной фиксации краев укрытия люверсы (см. рис. 1) могут быть привязаны к противолежащим такелажным анкерам дополнительными такелажными элементами. Такелажные элементы служат для крепления и фиксации укрытия и, как правило, представляют собой гибкие эластичные протяженные элементы разной формы, выполненные из одного или нескольких материалов. В качестве такелажных элементов, в том числе, в качестве натяжных такелажных элементов и в качестве прижимных такелажных элементов могут быть использованы тросы, канаты, чалки, цепи, ремни, текстильные, канатные и/или цепные стропы. Эти элементы могут быть соединены между собой посредством такелажной арматуры, талрепов, коушей, крюков, канатных зажимов и/или такелажных скоб.

В одной из форм выполнения полувагона, для уменьшения вздутия ткани укрытия под действием аэродинамических сил при движении вагона, натяжные элементы могут быть прикреплены к упомянутым анкерам на уровне или немного ниже поверхности сыпучего груза.

Вышеупомянутый технический результат также достигается при использовании прижимного такелажного элемента для фиксации гибкого эластичного укрытия железнодорожного полувагона в вертикальном направлении, выполненного в виде ячеистой сети, в которой средняя площадь ячейки в продольном направлении изменяется обратно пропорционально величине подъемной спилы, которая может действовать на поверхность упомянутого укрытия в критических режимах эксплуатации.

Выполним оценку экономической эффективности способа укрытия сыпучих грузов известным способом [6–8]. Стоимость в ценах 2017 года составляет для тента 200 руб/м² [9], стоимость обвязки 2500 руб. за 100 м [10]. На самый длинный (15 м) полувагон рассмотренный в табл. 1, потребуется 100 м обвязки, столько же, пренебрегая разницей габаритных размеров полувагонов других серий, возьмем и на остальные вагоны. В табл. 1 приведены расчеты стоимости обвязки по видам полувагонов без учета НДС

Таблица 1

Данные по затратам на обвязку (цены 2017 года)

Тип полувагона	Длина, м	Ширина, м	Общий метраж тента, м	Стоимость тента, руб.	Стоимость обвязки, руб.	Итого
Четырехосный полувагон тип 12–283	15	2,88	43,2	8640	2500	11140
Четырехосный полувагон тип 12–296	12,6	2,88	36,288	7257,6	2500	9758
Четырехосный полувагон тип 12–196	13	2,78	36,14	7228	2500	9728
Четырехосный полувагон тип 12–2122–02	10,2	2,78	28,356	5671,2	2500	8171
Восьмиосный полувагон тип 22–4024	14,6	2,88	42,048	8409,6	2500	10910

В таблице 2 приведены результаты расчета, на примере серы, потери сыпучего груза, которые могут быть при транспортировке в полувагоне по железным дорогам.

Таблица 2

Потери при транспортировке собвязкой

Средняя стоимость 1 тсеры (в ценах 2017 года) [11]	Доля потерь груза вувязке [5]	Убытки от потерь приведенные кмассе груза, руб.
		1 тонну	100000 т
534,1 руб.	0,5–1,5 %	2,67–8,01	267000–801000

Оценим риски потери груза при транспортировке сыпучих грузов [7]. При перевозке сыпучих грузов грузоотправитель обязан принять меры, исключающие потери груза, загрязнение окружающей среды и железнодорожного пути [1]. Применительно к перевозке сыпучих грузов в открытом подвижном составе особое внимание следует уделять мерам по предотвращению выдувания мелких частиц при перевозке, течь груза и осыпание его при погрузке с «шапкой». Для предотвращения выдувания груза необходимо поверхность его разровнять, а при необходимости и уплотнить. Легковесные грузы мелких фракций (объемной массой менее 0,85 т/м³) загружают в полувагоны так, чтобы верхняя часть штабеля («шапки») была хорошо разровнена и после уплотнения высота составляла 250–300 мм. В поперечном сечении «шапке» груза придают форму трапеции: основание ее должно быть на 50 мм ниже уровня верхней обвязки бортов полувагона

Важным вопросом в процессе железнодорожных грузоперевозок является предотвращение потерь груза. Сыпучие вещества перевозить сложнее, чем простые крупногабаритные грузы, поскольку их частичная потеря приводит к финансовым издержкам и загрязнению окружающей среды. Чем выше скорость локомотива, тем выше риск потерь.

Методы предупреждения потерь сыпучих грузов:

− Пакетизация. Использование определенных конструкций и погрузка грузов в специальную тару (биг-беги или вкладыш для полувагонов).

− Контейнеризация. Перевозка сыпучих грузов, производится с использованием защитных контейнеров.

− Использование гибкого эластичного укрытия [4]. Защита груза поверхностным укрытием с обвязкой. Самый экономически выгодный метод из предложенных.

− Соблюдение правил при погрузке и транспортировке сыпучих грузов.

− Эффективное применение различных устройств, таких как рассекатель потока груза, ровнители, специальные приборы с вибростатическим действием [5].

Заключение.

В статье рассмотрен вопрос защиты от воздействия бокового ветра, при транспортировке сыпучих грузов в полувагонах по железной дороге. На примере транспортировки серы показано, что потери при транспортировке сыпучих грузов в полувагонах при ходовой скорости 90 км/час могут достигать 1500 кг. Так же показано, что равномерное распределение сыпучих материалов и применение нового способа защиты от бокового ветра позволяет снизить потери в 3 раза до 500 кг. Определена экономическая эффективность применения нового способа укрытия, составляющая 267 -801 тыс руб. на 100 000 тонн.

Литература:

1. Перевозки в полувагонах // Авангард Ложистик. URL: http://zhd.su/zhd-perevozki/v-poluvagonah/ (дата обращения: 14.06.2017).
2. Причины и определение количественное утраты сыпучих грузов при перевозке // Моя библиотека. URL: http://mybiblioteka.su/tom2/6–60980.html (дата обращения: 14.06.2017).
3. Причины и определение количественное утраты сыпучих грузов при перевозке // StudFiles. URL: http://www.studfiles.ru/preview/4175926/page:19/ (дата обращения: 14.06.2017).
4. Вишнивецкий И. Я., Каминский Ю. С., Мамруков В. Н., Томм П. В., Петровский Е. А., Сойнов А. И., Трубецкой Н. А., Горюнов А. В. Средства для транспортировки сыпучего груза // Патент Евразийское патентное ведомство № 201201188. 2014.
5. Предупреждение потерь сыпучих грузов во время перевозки железнодорожным транспортом // EGDK. URL: http://egdk.ru/vse-o-gd/news_post/preduprezhdeniye-poter-sypuchikh-gruzov-vo-vremya-perevozki-zheleznodorozhnym-transportom (дата обращения: 14.06.2017).
6. Арутюнов Ю. А., Киселева М. М. Истина в цене. Ценообразование на инновационную продукцию // Креативная экономика. — 2009. — № 9. — С. 109–115.
7. Арутюнов Ю. А., Архипов И. П., Дробязко А. А., Глинских В. А., Зотова В. Б., Рудой А. А., Чащин Е. А. О прогнозировании создания и финансирование производства новой продукции // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. — 2017. — № 5. — С. 105–110.
8. Правовое обеспечение инновационной деятельности: основы работы с ИС и НМА: учебное пособие для студентов специальностей «Управление инновациями», «Менеджмент высоких технологий» / Ю. А. Арутюнов; Московский гос. ун-т путей сообщения (МИИТ), Каф. «Инновационные технологии». — Москва: Московский гос. ун-т путей сообщения (МИИТ), 2009. — 622 с.
9. Тент ПВХ // Мир тентов. URL: http://www.mir-tentov.ru/catalog/brezent/tent_pvh (дата обращения: 14.06.2017).
10. Бухта 100 м // Все инструменты. URL: http://www.vseinstrumenti.ru/ruchnoy_instrument/hozyaystvennye/tsepi_i_kanaty/verevki/sibrteh/12mm_buhta_100m_1000kgs_rossiya_93968/ (дата обращения: 14.06.2017).
11. Цены производителей // ALTO CONSULTING GROUP. URL: http://alto-group.ru/new/756-ceny-proizvoditelej-na-gazovuyu-texnicheskuyu-seru-v-2017-godu-upali-na-67.html (дата обращения: 14.06.2017).