722

Наука и молодежь СГУПСа в третьем тысячелетии

Применяя предложенную классификацию, можно систематизировать FRP, предоставляемые различными производителями вне зависимости от данных, которые заявлены производителями. Это даст более конкретную информацию о каждом FRP и не позволит конечным потребителям потеряться в многочисленном количестве существующих композиционных материалов на основе углеволокна.

Представим классификацию современных композиционных материалов на основе углеволокна различных производителей по вышеприведенным признакам (табл. 3, 4). Данные, которые использовались в таблицах, были получены либо от производителей, либо представлены средние значения, выявленные в результате испытаний. Приоритет был отдан экспериментальным данным. Необходимо отметить, что все нижеперечисленные углеродные волокна относятся к ПАН-волокнам.

51

Примечание: Э – экспериментальные значения модуля упругости и средней прочности на разрыв; Ф – значения, представленные фирмойпроизводителем.

52

Примечание: Э – экспериментальные значения модуля упругости и средней прочности на разрыв; Ф – значения, представленные фирмой– производителем.

В итоге запись композиционного материала на основе углеволокна будет следующая – CXX–X:

-первое обозначение – F (fiber – холст), L (laminate – ла-

мель);

-второе обозначение – 1 (однонаправленные волокна),

2(двунаправленные волокна), G (ткани, сетки);

-третье обозначение – класс углеволокна (4 – прочность не менее 4 ГПа, 3 – прочность не менее 3 ГПа, 2 – прочность не менее 2 ГПа, 1 – прочность не менее 1 ГПа).

53

Наука и молодежь СГУПСа в третьем тысячелетии

Данная статья не охватывает все существующиеFRP, но может стать начальной ступенью для более подробной классификации аналогичных материалов других производителей.

Список литературы

1.СП 35.13330.2011. Мосты и трубы. Актуализированная редакция СНиП 2.05.03–84*. М.: ЦНИИС, 2011. 340 с.

2.Мелешко А.И., Половников С.П. Углерод, углеродные волокна, углеродные композиты. М.: САЙНС-ПРЕСС, 2007. 192 с.

3.Шилин А.А., Пшеничный В.А., Картузов Д.В. Внешнее армирование железобетонных конструкций композиционными материалами. М.: Стройиз-

дат, 2007. 184 с.

4. Композиционные материалы: Справочник / В.В. Васильев, В.Д. Протасов, В.В. Болотин и др. М.: Машиностроение, 1990. 512 с.

5.Перепелкин К.Е. Армирующие волокна и волокнистые полимерные композиты. М.: МЕТАЛЛИКА, 2009. 400 с.

6.СТО 13623997-001–2011. Стандарт организации ООО«Зика». Усиление железобетонных конструкций композитными материалами фир-

мы Sika. М.: ООО «Зика», 2011. 63 с.

Научный руководитель д-р техн. наук, проф. С.А. Бокарев

О.А. Журавлева

(факультет «Управление процессами перевозок»)

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА АЛЬТЕРНАТИВНЫХ СРЕДСТВ КРЕПЛЕНИЯ НА ОТКРЫТОМ ПОДВИЖНОМ СОСТАВЕ

Безопасность движения поездов и сохранность грузов обеспечиваются не только содержанием в постоянной исправности всей инфраструктуры железнодорожного транспорта, но и, в частности, обеспечением надежности крепления грузов.

Несмотря на то что на сегодняшний день проведено много исследований по совершенствованию методики размещения и крепления грузов, ситуация на железнодорожном транспорте не изменилась.

54

Наука и молодежь СГУПСа в третьем тысячелетии

Цель работы — предложить экономически целесообразную альтернативу проволочным элементам крепления с целью уменьшения коммерческих браков.

Для этого поставлены следующие задачи:

-провести анализ использования элементов крепления, применяемых на других видах транспорта, также на .-дж. транспорте за рубежом;

-оценить экономическую эффективность их использования;

-предложить методику для расчета выбранного крепления. Общие требования, предъявляемые к средствам крепления:

-обеспечение надежного закрепления груза на вагоне;

-низкая себестоимость;

-простота конструкции;

-возможность использования для разных видов грузов;

-минимальная масса;

-возможность погрузки-разгрузки груза с применением грузозахватных механизмов.

Материалы, применяемые для изготовления одноразовых средств крепления грузов(растяжек, обвязок, увязок, упоров, подкладок, прокладок, стоек и т.п.), повторно применять категорически запрещается.

В случае больших объемов перевозок стоимость одноразовых средств (ОС) крепления грузов в вагонах может оказать немалое влияние на экономичность транспортировки грузов. Кроме того, установка одноразовых средств крепления требует значительного времени, что оказывает сильное влияние на время простоя вагонов под грузовыми операциями.

Главное преимущество одноразовых средств крепления– простота конструкции.

Однако необходимо отметить ряд недостатков этих способов:

-расстройство проволочных креплений (ослабление), особенно при неправильной закрутке;

-большая разница длины проволочных креплений приводит к их разной загруженности;

-сложность и трудоемкость создания пространственных распорных рам из пиломатериалов;

55

Наука и молодежь СГУПСа в третьем тысячелетии

-использование пиломатериалов невысокого качества(часто сырого и пересушенного);

-допускаемые нагрузки на элементы крепления значительно меньше требуемых при креплении груза(растяжки для 2,48 т, часто необходимо для 5 т);

-значительная масса крепления уменьшает полезную -за грузку вагона, а иногда приводит и к превышению грузоподъемности вагона.

Многооборотные средства (МС) крепления используются для перевозки большое количество раз. Несмотря на значительные первоначальные затраты на изготовление или приобретение МС, их стоимость в составе многократных перевозок может оказаться значительно ниже, чем ОС. Приведение в действие МС требует также и меньших затрат времени по сравнению с ОС.

Многооборотные средства крепления должны обеспечивать:

-распределение массы груза на раму и тележки вагона;

-возможность проведения погрузочно-разгрузочных работ (в том числе с применением грузозахватных средств);

-надежное закрепление груза, исключающее его недопустимые поступательные смещения, развал, опрокидывание;

-сохранность груза и подвижного состава в процессе перевозки и при выполнении погрузочно-разгрузочных операций.

Основным недостатком МС является то, что они могут использоваться только для того вида груза, для которого они предназначены. МС большой материалоемкости снижают полезную загрузку вагона перевозимым грузом. Также МС требуют возврата к месту следующей погрузки, на что требуются дополнительные затраты.

Уже накоплен большой опыт в области замены деревянных конструкций, которые заполняют пустоты между грузом(или грузами) и элементами кузова вагона или контейнера и в процессе транспортировки не позволяют ему смещаться.

К самым современным средствам крепления грузов в вагонах

иконтейнерах или других транспортных средствах являются пневмооболочки различных размеров. В основу данной технологии заложен принцип заполнения пустот пакетами, наполненными воздухом. В сдутом состоянии пакет помещается между гру-

56

Наука и молодежь СГУПСа в третьем тысячелетии

зами и накачивается сжатым воздухом до тех пор, пока пустота не будет заполнена.

Воздушный пакет предотвращает смещение не только товарных упаковок относительно друг друга, но и продукции внутри упаковок. Преимуществом данного метода крепления груза является то, что воздушный пакет прост в применении, во время наполнения пакета воздухом он копирует геометрию пустоты, какой бы сложной она ни была; пакеты мало весят, в спущенном состоянии занимают мало места и не требуют больших площадей для хранения. Многообразие типов воздушных пакетов позволяет подобрать подходящий к различным видам грузов. Воздушные пакеты многоразовые, что экономически выгодно грузоперевозчику.

На транспорте применяются также распорные планки. Преимущества распорных планок:

-небольшой вес и простота использования;

-высокая прочность и жесткость;

-универсальность (имеют регулировку по длине, соответственно подходят для различной ширины и длины кузова).

Пластиковая распорка. Технология основана на применении механической распорки из высокопрочного пластика. Распорка предназначена для фиксации грузов при автомобильных и контейнерных перевозках. Наибольший эффект применения достигается при раскреплении опалеченного груза, т.е. когда смещение грузовых единиц внутри палеты невозможно из-за хорошей упаковки палеты в целом.

Распорка представляет собой две опорные площадки в форме круга, между которыми расположен винтовой распорный стержень с упорной трапецеидальной резьбой и контргайкой. Все элементы изготовлены из высокопрочной морозоустойчивой пластмассы. Одна из опорных площадок имеет клеевой слой для приклеивания к поверхности груза и предотвращения сползания вниз из-за микровибраций, присутствующих при любом способе транспортировки груза. Распорка может комплектоваться распорными стержнями разной длины в зависимости от размера пустоты. Распорка практически не имеет ограничений по применению и может использоваться при любой температуре и влажно-

57

Наука и молодежь СГУПСа в третьем тысячелетии

сти воздуха. Одна распорка способна выдержать нагрузку в1,5 т

сучетом динамической нагрузки при транспортировке.

Врезультате использования высокопрочной пластиковой распорки достигнуты следующие положительные результаты:

-возможность многократного использования;

-данная технология не требует никаких дополнительных приспособлений и инструментов;

-отсутствие ущерба, связанного с повреждением продукции при транспортировке;

-сокращение времени, необходимого для осуществления раскрепления и погрузки продукции в транспортное средство.

Замену проволочным, полосовым растяжкам и обвязкам найти труднее. На железнодорожном транспорте это, прежде всего, применение талрепов, для которых свойственны большая масса, сложность в изготовлении, высокая стоимость, основной недостаток – это жесткость крепления, что сводит на нет основные их достоинства.

Для крепления габаритных штуч-ных грузов наибольшее применение автомобильном и морском транспорте за рубежом, а с недавнего времени и в России, получили стяжные ремни– рэтчеты (рис. 1).

Рэтчет состоит из натяжного устройства (храпового замка) – 1, стяжной ленты из полиэфирного материала– 2, крепежных фитингов (крюков, колец и т.п.) – 3.

Стяжные грузовые ремни для быстрого и надежного крепления различных грузов, перевозимых на всех видах транспорта. Удобство в применении и легкость в эксплуатации дают этим

ремням большие преимущества перед обычными средствами крепления грузов. Мягкая текстильная лента ремня не повреждает груз и надежно закрепляет его на транспортном средстве, полностью сохраняя товарный вид перевозимых изделий.

В 95 случаях из 100 крепление грузов производится при помощи крепежных ремней методом прижима (накидным методом). Этот вид крепления широко распространенпоскольку, может

58

Наука и молодежь СГУПСа в третьем тысячелетии

применяться при креплении многих видов груза. Ремень прижимает груз к грузовой поверхности, что увеличивает силу трения, а в целом предохраняет груз от смещения. Если нет никакого креп-

ления, то груз до определенного момента удерживается только силой трения, равной весу груза, умноженному на коэффициент трения, и направленной в сторону, противоположную смещению.

Якорный метод крепления позволяет натягивать ремни до допустимых границ нагрузки. Он является также более безопасным способом крепления по сравнению с другими. Главный недостаток – это обязательное наличие крепежных элементов на грузе. Якорный метод чаще всего используется при перевозке тяжелых грузов, например, грузовой техники, станков, металлических конструкций.

По сравнению с проволочным креплением стяжные ремни обладают рядом достоинств (рис. 2).

Рис. 2. Достоинства стяжных ремней перед проволочными средствами крепления

В случае перевозки грузов на открытом подвижном составе при переходных режимах движения поезда, во время маневров и роспуска вагонов с горок, а также при галопировании и вилянии скорость движения вагона изменяется, и на груз действует инерционная сила, вызываемая ускорением (замедлением).

Исследования С.А. Егорова и других показали, что возмущаю-

59

Наука и молодежь СГУПСа в третьем тысячелетии

щая сила зависит от многих факторов: жесткости и массы соударяющихся вагонов, жесткости поглощающих аппаратов автосцепок, жесткости крепления и самого груза, места положения груза в вагоне, скорости набегающего вагона перед соударением, сил сцепления груза с вагоном и отдельных частей груза между собой и. др Большинство из вышеперечисленных факторов являются случайными величинами, поэтому практически невозможно дать точную теоретическую формулу для расчета, справедливую при всех возможных условиях соударений вагонов. Другими словами, для каж-

дого конкретного груза в вагоне необходимы натурные эксперименты с целью определения значений ускорений (замедлений) груза в зависимости от различных факторов, влияющих на их величину.

Так как жесткость стяжных ремней меньше, чем жесткость проволочных креплений, то для расчета усилий, воспринимаемых стяжными ремнями, можно использовать уточненную методику расчета усилий в проволочных растяжках.

Расчет усилий в ремнях можно рассчитывать в автоматизированном режиме, например с помощью программы Microsoft Excel.

Нахождение линейной жесткости крепления позволит уточнить данную методику, определить сдвиг груза относительно пола вагона и сделать расчеты по креплению грузов с помощью стяжных ремней более точными.

Для оценки экономической эффективности использования стяжных ремней произведен анализ 20 способов погрузки и крепления, использованных в собственных схемах и схемах работников научно-исследовательской лаборатории«Дорожный центр совершенствования грузовой и коммерческой работы на железнодорожном транспорте (ДЦГР)» СГУПСа, и сделан вывод, что стоимость проволочного крепления на одну схему составляет в среднем около 2 000 р., а стоимость рэтчетов на такую же погрузку составит чуть меньше 7 000 р.

Для оценки экономической эффективности использования стяжных ремней были проведены расчеты, в которых учитывались: стоимость элементов крепления (таблица), время на производство погрузочно-разгрузочных работ, затраты на оплату труда грузчиков, затраты на возвращение и амортизацию ремней.

60