Пути снижения веса вагонов-думпкаров с целью увеличения обьемов перевозки железорудного сырья

Мишарин Семен Евгеньевич, студент, специальность «Техническая эксплуатацияподвижного состава железных дорог»

руководитель Кошелева Светлана Геннадьевна, преподавательгосударственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Свердловской области «Качканарский горно-промышленный колледж»

Российская Федерация (Качканарский городской округ)

 

ОА «ЕВРАЗ Качканарский горно-обогатительный комбинат» входит в пятерку крупнейших в России горнорудных предприятий. Основными разрабатываемыми месторождениями которого являются Гусевогорское и Собственно-Качканарское титаномагнетитовое, содержащие руды с примесями ванадия.

В настоящее время ЕВРАЗ КГОК добывает руду из трех карьеров с дальнейшей ее переработкой в цехах дробления, обогащения, агломерации и окускования.

Добываемая руда выдается на поверхность и поступает непосредственно в приемные бункеры Дробильной фабрики в вагонах-самосвалах (думпкарах). Перевозкой горной массы заняты железнодорожники.

Тему проектно-реферативной работы «Пути снижения веса вагонов-думпкаров с целью увеличения объемов перевозки железорудного сырья» можно считать актуальной, потому что технический прогресс не стоит на месте, появляются новые материалы - более легкие и прочные, которые можно применить в горнодобывающей отрасли для замены некоторых элементов подвижного состава.

Заводами отечественного вагоностроения (например, Уралвагонзавод) уже создается новое поколение грузовых вагонов, отличающихся повышенной надежностью и экономичностью. Они обладают уменьшенным воздействием на пути, существенно сокращая эксплуатационные расходы на ихтекущее содержание и ремонт.

Целью работы является вопрос о замене отдельных частей вагона-думпкара на детали из более легких и прочных материалов.

Объект исследования: пути повышения эффективности перевозок на железнодорожном транспорте.

Предмет исследования: вагоны-думпкары.

Методы исследования: теоретический, эмпирический.

Гипотеза: если снизить вес вагонов-думпкаров в подвижном составе, то

увеличится объем перевозимого железорудного сырья.

Подвижной состав железных дорог состоит из локомотивов, вагонов, моторвагонных поездов и моторных вагонов. Локомотивы и моторвагонные поезда представляют собой тяговый подвижной состав. В зависимости от типа силовой установки локомотивы разделяют на электровозы, тепловозы, газотурбовозы, паровозы, а моторвагонные поезда – на электро- и дизель-поезда.

Вагон – это единица подвижного состава, предназначенная для перевозки людей или грузов. В зависимости от назначения вагоны подразделяют на пассажирские и грузовые. Они не имеют двигателей и предназначены для вождения их локомотивами.

Каждый вагон состоит из следующих частей:

Рама, на которой монтируется кузов и всё остальное оборудование. Она состоит из центральной хребтовой балки, которая воспринимает тормозные и тяговые усилия при езде; поперечных балок и продольных балок. К хребтовой балке крепятся ударно-тяговые приборы (сцепки), связывающие вагоны с локомотивом и между собой.

Тележки, на которые опирается рама. Они крепятся к раме при помощи шкворневых соединений и могут поворачиваться независимо одна от другой. Для смягчения ударов при езде в тележках применяют рессоры. Тележки обеспечивают вагону более плавный ход и лучшее вписывание в кривые.

Кузов, который определяет тип вагона (пассажирский или грузовой) и его назначение. Сейчас большинство вагонов оснащаются цельнометаллическим кузовом. В кузове размещаются груз, пассажиры, а также дополнительное оборудование.

Тормозная система, в которую входят трубопроводы, соединительные

шланги между вагонами, воздухораспределитель, тормозной цилиндр, тормозная рычажная передача, выводящие трубы к стоп-кранам, тормозные колодки, давящие при торможении на бандажи колесных пар.

Грузовой парк, включает вагоны различных видов: цистерны, полувагоны, крытые, платформы, хопперы, рефрижераторы, думпкары.

Думпкары – грузовые вагоны для перевозки угольно-рудных грузов, грунта, песка, щебня, и других подобных грузов. В отличие от других грузовых вагонов, думпкар имеет кузов, наклоняющийся при выгрузке груза, и борта, откидывающиеся при наклоне кузова.

Детали вагона-думпкара выполнены из стали. Рассмотрим альтернативные конструкционные материалы для изготовления частей вагона с целью уменьшения его веса.

К производителям различного промышленного оборудования и машин все чаще предъявляются требования по повышению эффективности работы и срока службы данного оборудования, снижению материалоемкости, уменьшению эксплуатационных затрат, соответствию экологическим требованиям. Все это обусловливает разработку и использование в промышленности новых марок сталей, обладающих повышенными свойствами, в частности – высокопрочных специальных сталей:

Сталь 20ФЛ – сталь для отливок крупногабаритных деталей грузовых вагонов, таких как корпус буксы, передняя крышка буксы, корпус автосцепки, тяговый хомут, надрессорная балка и боковая рама тележки и др.

Сталь 10КП – конструкционная углеродистая качественная, применяется также при изготовлении штамповки, поковки, трубопроводов котлов высокого давления и других деталей с весьма длительным сроком службы при температурах до 350 градусов.

Алюминий и его сплавы остаются достаточно пластичны при сверхнизких температурах, а также обладают высокой отражающей способностью, уникальной электропроводностью, нетоксичностью его основных соединений.

Алюминий АЛ9 – сплав отличается высокой герметичностью. Используется для изготовления фасонных отливок. Для изготовления корпусов букс, передней и задней крышек букс можно использовать сплав алюминия АМгб.

Фторопласт обладает самым низким среди конструкционных материалов коэффициентом трения, почти не зависящим от температуры. Диэлектрические свойства его не изменяются до +200 °С, а химические –300°С. Эти свойства фторопласта делают изделия из него незаменимыми в химической, электротехнической промышленности, приборостроении, машиностроении, атомно-энергетической, пищевой, легкой и медицинской промышленности.

Применение изделий из фторопластов дает быструю окупаемость всех затрат за счет расширения функциональных возможностей и увеличивает срок службы оборудования, экономит потребление энергии и расходов на обслуживание и ремонт, повышает надежность работы оборудования.

Титан – лёгкий прочный металл. Титан обладает высокой коррозионной стойкостью, так как на его поверхности образуется стойкая пассивная пленка, прочно связанная с основным металлом и исключающая его непосредственный контакт с электролитом.

В результате исследований, проведенных в институтах НИИЛТМ, ВИАМ и Институте титана, для деталей транспорта рекомендованы следующие титановые сплавы:

· для несущих конструкций – сплавы средней прочности марок ОТ4-1; ВТ5-1, ОТ4, ВТ5, ВТ6;

· для ходовой части – сплавы средней прочности и высокопрочные марок ВТ6, ВТЗ-1, ВТ8, АТ6, BT5-1, ВТ14, ВТ15, BT16.

 

Снижение веса думпкаров актуально, т.к. конструкция их существенно не менялась с 60-х годов 20-го века.

Из более легких и прочных материалов можно сделать раму вагона, раму тележки, корпус автосцепки, корпус буксы, смотровые крышки букс и др. части.

Например, корпус буксы из алюминия будет весить в 3 раза легче, чем из стали, а смотровые крышки букс можно заменить на аналогичные из фторопласта.

Замена стальных деталей на более легкие будет способствовать снижению веса подвижного состава, что приведет к увеличения объемов перевозки железорудного сырья путем добавления в сцепку дополнительного вагона.

Вес вагона-думпкара 2ВС-105 без груза – 50 тонн. Грузоподъемность – 100 тонн.

В подвижном составе 10 безмоторных думпкаров. Общий вес не груженых 10-ти думпкаров 500 тонн, вес груза 10-ти думпкаров – 1000 тонн. Итого 1,5тысячи тонн.

Из 1,5тысяч тонн вычитаем вес груза 11-ти вагонов (1500-1100=400т), оставшийся вес делим на 11 вагонов (400 / 11=36,4т), значит, чтобы прицепить 11-ый (дополнительный) вагон, нужно уменьшить вес каждого вагона примерно на 13,6 тонны (примерно 27%).

Один подвижной состав (электровоз и 10 думпкаров) за смену проходит 4 круга и перевозит в общем 4000 тонн, за сутки – 8000 тонн, за неделю – 56000 тонн.

При 10-ти вагонах:

100 * 10 * 4 = 4 000 т – за смену

4 000 * 2 = 8 000 т – за сутки

8 000 * 7 = 56 000 т – за неделю

Если уменьшить вес думпкаров и прицепить 11-й вагон, то тогда за смену подвижной состав перевезет 4400 тонн, за сутки – 8800 тонн, за неделю – 61600 тонн.

При 11-ти вагонах:

100 * 11 * 4 = 4 400 т – за смену

4 400 * 2 = 8 800 т – за сутки

8 800 * 7 = 61 600 т – за неделю

Вывод: При снижении веса вагона разница в перевозимой рудной массе значительно увеличивается. А это значит, что при применении материалов в вагоностроении в несколько раз легче и прочнее производительность перевозок увеличится и затраты на изготовление вагонов окупятся в короткие сроки.

В своей работе я также рассматриваю способ увеличения амортизации вагона.

Я планирую дальше продолжить работу в этом направлении – хочу попробовать провести более точные расчеты по данной теме.

Надеюсь, что внедрение новой железнодорожной техники позволит увеличить объем перевозки железорудного сырья из карьеров на фабрики Качканарского горно-обогатительного комбината, что весьма актуально при выполнении задачи увеличения добычи руды и производства концентрата.

 

 

Интернет-ресурсы

1. http://bergs.mybb.ru/viewtopic.php?id=65

2. http://www.nnre.ru/sdelai_sam/modeli_zheleznyh_dorog/p10.php

3. http://www.modelzd.ru/history

4. https://ru.wikipedia.org/wiki/

5. http://slovorus.ru/

6. http://pr-prom.ru/site/43/115/evraz-kachkanarskiy-gornoobogatitelnyy-kombinatevraz-kgok/

7. http://www.metalinfo.ru/ru/news/45317

8. http://www.markmet.ru/statya_po_metallurgii/ispolzovanie-vysokoprochnykh-stalei-v-mashinostroenii-statya

9. http://www.steel-info.ru/component/content/article/31-spravochnik-stalej-razdel1/203-spravochnik-stalej-obchie-svedenia

10. http://metatorg.com/dict/al/

11. http://каталог-статей.рф/stroyka/materialy/ftoroplast-svoystva-i-primenenie.html

12. http://expertmeet.org/topic/17420-titan-i-ego-splavy/

13. http://metallicheckiy-portal.ru/articles/cvetmet/primenenie_aluminevix_splavov_v_stroit/24