Спосіб транспортування вантажів з використанням тягового засобу на комбінованому ходу

Спосіб транспортування вантажів з використанням тягового засобу на комбінованому ходу, що включає завантаження, рушання з місця і рух по заданій трасі залізничної колії, гальмування, зупинку і вивантаження вантажу, який відрізняється тим, що заздалегідь визначають повну масу тягового засобу за виразом: Qмn w 0  i p       M , т, Mn  m  i 1000    w 0 p (19) (21) a200813413 (22) 20.11.2008 (24) 10.03.2011 (46) 10.03.2011, Бюл.№ 5, 2011 р. (72) ПАРУНАКЯН ВААГН ЕМІЛЬЙОВИЧ, АГАРКОВ ВІКТОР ЯКОВИЧ, ДЮБІН ВАЛЕРІЙ ЮРІЙОВИЧ, ІВАНОВ МИХАЙЛО ПИЛИПОВИЧ, ЖДАНОВ ВІКТОР ПЕТРОВИЧ, КРАСУЛІН ОЛЕКСАНДР СТАНІСЛАВОВИЧ, ГУСЄВ ЮРІЙ В'ЯЧЕСЛАВОВИЧ, ПРИМАК ОЛЕКСАНДР ФЕДОРОВИЧ, РЯБУХІН ОЛЕКСАНДР ВАСИЛЬОВИЧ (73) ПРИАЗОВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ, ТОВАРИСТВО З ОБМЕЖЕНОЮ ВІДПОВІДАЛЬНІСТЮ "БАГАТОПРОФІЛЬНЕ ПІДПРИЄМСТВО "АЗОВМАШПРОМ"" (56) RU 2005085 C1, 30.12.1993 SU 698785 A1, 25.11.1979 В комбинации шин и катков // Журнал «Автомобили и цены» от 27.10.2008. Знайдено в Internet UA 32557 C2,15.02.2001 SU 1746244 A1, 07.07.1992 SU 1783344 A1, 23.12.1992 SU 1798233 A1, 28.02.1993 WO 2007057552 A1, 24.05.2007 US 4086856, 02.05.1978 3 Винахід відноситься до промислового транспорту і призначений для використання на підприємствах і виробничо-складських об'єктах різних галузей промисловості з обмеженим вагонопотоком, що використовують традиційні технології залізничного транспорту з тяговими засобами (тепловозами) підвищеної потужності (до 1200 к.с.) і зчіпної ваги (до 1000 т). В даному винаході для підприємств, що розглядаються розроблений спосіб транспортування вантажу з використанням тягового засобу на комбінованому ходу. Відомі способи транспортування вантажів залізничним транспортом із застосуванням типових тягових засобів на рейковому ходу, а також переміщення вантажів автомобільним транспортом з використанням типових тягових засобів на пневмошинному ходу, що включають виконання комплексу технологічних операцій (завантаження, рушання з місця, рух по заданій трасі шляху, гальмування, зупинку і вивантаження вантажу) і параметричну характеристику тягових засобів [1, 2]. Проте у відомих технічних рішеннях за способами транспортування вантажів залізничним і автомобільним транспортом не передбачається використання тягових засобів на комбінованому пневмо-рейковому ходу. Відомий спосіб транспортування вантажів на вантажних візках, забезпечених механізмом перетворення руху з нерейкового на рейковий шлях. Вантаж, що транспортується, розміщується безпосередньо на самому візку і переміщається разом з нею [3]. Даний спосіб розрахований для переміщення вантажів невеликою масою і не має промислового призначення. Візок володіє незначною маневреністю і не може використовуватися для транспортування вантажів в залізничних вагонах. Переклад візків з пневмохода на залізничний хід здійснюється тільки за допомогою важеля за рахунок ручного зусилля і, таким чином, візок не розрахований на перевезення (транспортування) значних об'ємів вантажу, що легко визначається по конструктивних параметрах і відсутності силової установки. Відомий винахід [4] в якому при транспортуванні вантажів обмежують величину гальмівних сил і сил тяги до 10 % від ваги транспортного засобу. При даному способі транспортування не передбачається робота із залізничним рухомим складом на маневрових роботах через відсутність автозчеплення і складності установки рейкового ходу в робоче положення і транспортне положення для руху на пневмоходу. Найближчим технічним рішенням - прототипом, є спосіб транспортування вантажів з використанням транспортного засобу на комбінованому ходу «Unimog» автомобільного концерну «Mercedes-Benz» (Німеччина), який включає завантаження, рушання з місця і рух тягового засобу зі встановленою швидкістю, гальмування, зупинку і вивантаження вантажу. Цей транспортний засіб багатоцільове шасі, яке використовується в кому 93711 4 нальному господарстві і на промислових підприємствах пересуваючи по заводських територіях залізничні вагони [5]. В той же час відомі технічні рішення тягових засобів на комбінованому ходу не містять ознак, що характеризують виконання комплексу операцій процесу перевезення вантажу, а обмежуються взаємодією конструктивних елементів при роботі механізму перетворення руху візка з нерейкового на рейковий шлях. Крім того, відомі рішення не містять показники, що характеризують раціональні умови застосування способу транспортування і, зокрема, тягових засобів. У зв'язку з відсутністю вказаних показників на ряді промислових підприємств має місце застосування тягових засобів з надмірно надлишковою зчіпною вагою і потужністю, а також украй нераціональне їх використання за часом. Дана обставина зумовлює досить високі транспортні витрати підприємств, в яких домінуюче значення мають енерговитрати [6]. Положення, що створилося, виключає можливість давати техніко-економічну оцінку відповідності даного способу транспортування конкретним експлуатаційним умовам. В основу винаходу поставлена задача удосконалити процес транспортування вантажів шляхом використання тягового засобу на комбінованому ходу, для чого параметри встановлювати відповідно до конкретних умов транспортного обслуговування підприємства і за рахунок цього забезпечити істотне зниження зчіпної ваги і потужності, а також збільшення корисного часу використання тягового засобу. Для вирішення поставленої задачі в способі транспортування вантажу з використанням тягового засобу на комбінованому ходу, що включає завантаження, рушання з місця і рух зі встановленою швидкістю по заданій трасі залізничної колії, гальмування, зупинку і вивантаження вантажу, відповідно до винаходу, заздалегідь визначають повну масу тягового засобу за виразом [7] Qмn w 0  i p       M , т (1) Mn  m  i 1000    w 0 p де Qмn - маса групи вагонів (маневрової передачі) з вантажем, т; w  і w  - питомий основний опір руху відпо0 0 відно тягового засобу і вагонів, кгс/т;  - коефіцієнт зчеплення ведучих пневмоколес тягового засобу з рейками; i p - розрахунковий підйом залізничної колії, тисячні; 0,001=1 кгс/т Mm - маса направляючих візків, т, рух здійснюють відповідно до умови Fсц  11Fmр , при навантаженні на провідні колеса , тягового засобу, яке визначають за виразом: 5 93711  Pсц 6  1.1Мn w mp  i p  Mm  w 0  Mn  Mm   w 0  Qмn  w mp  w 0  i i         , тс 1000 де Pсц - навантаження на провідні колеса, тс; Fсц - максимальна сила тяги за зчепленням, кгс; Fmp - сила тяги, необхідна для рушання з міс ця групи вагонів на розрахунковому підйомі залізничної колії, кгс; w mp - додатковий питомий опір при рушанні з місця, кгс/т а, при невиконанні вказаної умови, варіюють навантаження на провідні колеса до необхідної величини, перевищення якої є надмірним. Дослідження показали, що основу промисловості України (до 75 % за числом) складають підприємства невеликої продуктивності, транспортне обслуговування яких здійснюється залізничним транспортом і пов'язане тільки з прийомом, вивантаженням (завантаженням) і відправленням вагонів зовнішнього парку. Для них характерні обмежені вантажопотоки (до 0,25 млн. т на рік) і об'єми транспортної роботи (до 30 вагонів на добу) [6]. Крім того, на великих підприємствах є територіально відособлені виробничо-складські об'єкти, у яких об'єми перевезень і вагонопотоки аналогічні. Проте, в даних умовах широко застосовуються традиційні транспортні технології великих підприємств з дорогими і енерговитратними тяговими засобами (тепловозами) потужністю до 1200 к.с. і зчіпною вагою до 100 т. Дослідженнями встановлено, що підприємства з обмеженими об'ємами транспортної роботи характеризуються украй несприятливими показниками використання потужних тепловозів: за зчіпною вагою - на 12-15 %; за потужністю, - на 12-16 %; за добовим часом, - на 23-28 %. В результаті річний об'єм роботи на тепловоз складає в цих умовах від 16 до 47 тис. т, в той час, як на великих підприємствах він досягає 300 тис. т. У зв'язку з вказаним, значними є транспортні витрати малих підприємств, у складі яких переважають (до 70 %) енерговитрати [6]. Отже, для підприємств з обмеженим вантажопотоком істотне зниження витрат на транспортне обслуговування пов'язано з необхідністю використання тягових засобів на комбінованому ходу, зі встановленням його параметрів в повній відповідності з експлуатаційними умовами. Одночасно, трансформація движителя забезпечує різночасне застосування тягового засобу на залізничних і автомобільних перевезеннях і істотне збільшення часу його використання. Транспортування вантажу тяговим засобом на комбінованому пневморейковому ходу функціонально є комплексом послідовно виконуваних технологічних операцій з групою вагонів (маневровою передачею), що включає: завантаження, рушання вагонів з місця, рух по розрахунковому підйому залізничної колії, гальмування для зниження швидкості, зупинку і вивантаження вантажу. При транспортному обслуговуванні підприємств технологічні операції характеризуються конкретними техніко-експлуатаційними показниками (вагонопотоком, масою маневрової передачі, розрахунковим підйомом залізничних колій, коефіцієнтами експлуатаційних властивостей та ін.). З іншого боку, тяговий засіб, що виконує ці операції, повинен реалізовувати певні робочі параметри (мати задані масу і зчіпну вагу, силу тяги, потужність, гальмівну силу). Отже, приймаючи як початкові дані технікоексплуатаційні показники транспортного обслуговування конкретної групи підприємств є можливість пов'язати з ними і оптимізувати відповідні робочі параметри тягового засобу. Проте, параметризація тягового засобу з різними движителями не може бути виконана прямим розрахунком по стандартним методам і алгоритмам тягових розрахунків. Тому принципова відмінність пропонованого способу полягає в тому, що, при визначенні робочих параметрів тягового засобу на рейковому ходу, використовуються показники експлуатаційних властивостей, що характеризують пневмошинний движитель. Головним параметром тягового засобу, на основі якого вибирається базовий трактор з пневмошинним движителем і встановлюються інші розрахункові параметри, є його повна маса Mn  . Тому параметризація тягового засобу починається з розробки моделі розрахунку даного параметра. 1) Повна маса тягового засобу розраховується залежно від техніко-експлуатаційних показників транспортного обслуговування підприємства і технічної характеристики тягового засобу за формулою (1) Qмn w 0  i p      M , т Mn  m  i 1000    w 0 p де Qмn - маса групи вагонів в маневровій передачі, т; Mm - маса направляючих візків, т; w 0 і w 0 - питомий основний опір руху відповідно тягового засобу і вагонів, кгс/т;  - коефіцієнт зчеплення провідних коліс тягового засобу з рейками; i p - розрахунковий підйом залізничної колії, 0 /00. Принциповою відмінністю запропонованої моделі розрахунку повної маси тягового засобу від традиційної, за якою проводиться тяговий розрахунок для локомотивів залізниць (тепловоза і електровоза), є наступне: 7 93711 - коефіцієнт зчеплення провідних коліс тягового засобу з рейками  приймається для умови «пневмошина - рейка» (замість «метал - рейка»); - питомий основний опір руху тягового засобу  w   приймається для руху трактора на пневмо 0   шинах по залізничній колії (замість руху тепловоза по залізничній колії). Pсц   2) Рух здійснюють відповідно до умови Fсц  11Fmр , при навантаженні на провідні колеса , тягового засобу, яке визначають за виразом (2)  1.1Мn w mp  i p  Mm  w 0  Mn  Mm   w 0  Qмn  w mp  w 0  i i       , тс  1000 де Pсц - навантаження на провідні колеса, тс; Fсц - максимальна сила тяги за зчепленням, кгс; Fmp - сила тяги, необхідна для рушання з міс ця групи вагонів на розрахунковому підйомі залізничної колії, кгс; w mp - додатковий питомий опір при рушанні з місця, кгс/т Принциповою відмінністю запропонованої формули для визначення навантаження на провідні колеса тягового засобу, що формують максимальну силу тяги, є наступне: - коефіцієнт зчеплення провідних коліс тягового засобу з рейками  приймається для умови «пневмошина - рейка» (замість «метал - рейка»); - додатковий питомий опір при рушанні з місця w mp приймається для тягового засобу на пнев  8  мошинному ходу при його русі по залізничній колії (замість руху тепловоза по залізничній колії); - додатково враховується сила тяги, необхідна на подолання опору руху при рушанні з місця від маси направляючих візків  Mm  w 0  ;     - додатковий питомий опір руху, власне, тягового засобу при рушанні з місця визначається без урахування маси направляючих візків  M  M  w   ;  n 0    3) При невиконанні вказаної вище умови, варіюють навантаження на провідні колеса Рсц  до необхідної величини, а перевищення останньої є надмірним. Оскільки маса тягового засобу значно менше маневрової передачі, її гальмування здійснюється гальмівною системою причіпних вагонів, а величина гальмівних сил визначається за стандартним Mn  алгоритмом і нормативам правил тягових розрахунків [1, 8]. Спосіб здійснюється таким чином. Початкові техніко-експлуатаційні показники приймаються за усередненими значеннями для групи промислових підприємств, встановленими на основі проведених досліджень, а показники експлуатаційних властивостей рухомого складу за нормативами стандартних тягових розрахунків [1, 6, 7, 8]. Розрахунок проводиться за наступним алгоритмом: 1) Виконується розрахунок, що необхідний за умов транспортного обслуговування повної маси Mn  тягового засобу (1). Початкові дані: - маса групи вагонів (маневрової передачі) приймається з розрахунку наявність 6 піввагонів вантажопідйомністю 63 т і масою брутто 85,4 т. Qмn =512,4 т; - розрахунковий підйом залізничної колії приймається з урахуванням наявності кривих ділянок i p =0,006=6 кгс/т; - коефіцієнт зчеплення пневмоколес з рейками  =0,76; - питомий опір руху відповідно тягового засобу і вагонів: w  =20 кгс/т і w  =2,5 кгс/т. 0 0 - додатковий питомий опір при рушанні з місця w mp =4 кгс/т. За попередніми опрацьовуваннями маса направляючих візків, що забезпечує надійне пересування тягового засобу по рейковому шляху, складає Mm =2,0 т. Відповідно до формули (1) визначається 512,42,5  6,0  2  5,93  2,0  7,93  8,0 т 1000  0,76  20  6,0 На підставі результатів розрахунку, як базова машина для тягового засобу на комбінованому ходу, приймається колісний трактор (наприклад, типу ХТЗ-150К-09), що серійно випускається, номінальною потужністю N=175-200 к.с. і конструктивною масою Mn =14 т. У моделі, що приймається, відстань за осями пневмошин складає S=1800 мм, що забезпечує нормальну установку, а також можливість стійкого руху трактора по залізничній колії. Для подальших розрахунків приймаємо Мn=14 т з урахуванням можливого довантаження трактора. 9 2) Навантаження на провідні колеса тягового засобу, відповідна умові Fсц  1,1Fmр , визначається 93711 за виразом (2) 10 11 93711 12 1,114,04,0  6,0   2,0  2,5  14  2  20,0  512,44,0  2,5  6,0   1000  0,76 11140  5,0  260,0  6405,0  6810,0 ,    8,96  9,0 тс 760 760 Pсц  Враховуючи, що поставлена умова Fсц  1,1Fmр виконана, навантаження на провідні колеса тягового засобу приймається Pсц =9 тс. 3) Для визначення потрібної потужності тягового засобу (N) використовується стандартна методика [8] F  N  cц , л.с. 270 де Fсц - максимальна сила тяги за зчепленням, кгс;  - стала швидкість при русі групи вагонів за розрахунковим підйомом залізничної колії. Приймається рівною 8 км/ч. Для визначення максимальної сили тяги за зчепленням використовується відома формула [8] Fсц  1000Рсц    1000  9,0  0,76  6840 кгс Звідки одержуємо 6840  8 N  202,6 , л.с. 270 Отримане значення відповідає потужності прийнятого трактора. Таким чином, встановлено, що запропонований спосіб транспортування вантажів з використанням тягового засобу на комбінованому ходу в умовах підприємств з обмеженими вагонопотоками, які складають близько 75 % загального числа підприємств, забезпечує: - зниження зчіпної ваги тягових засобів з 100 т до 14 т (в 7 разів); - зниження потужності тягових засобів з 1000 к.с. (1200 к.с.) до 180-200 к.с. (в 5-6 разів); Комп’ютерна верстка В. Мацело - збільшення часу використання не менше, ніж в 3-4 рази. Вказані показники дозволять за найобережнішими розрахунками отримати річний економічний ефект близько 200-250 тис. грн. на одиницю і окупності витрат в 2-2,5 роки. При цьому основна частина економії (до 70 %) досягається за рахунок істотного зниження енерговитрат на перевезення вантажів. Джерела інформації: 1. Рухомий склад і тяга потягів: Підручник / Третьяков А.І., Дєєв В.В., Перов А.А. і ін. Під ред. В.В. Дєєва. - М.: Транспорт, 1979. 2. Матюнін И.Е. Рухомий склад промислового транспорту. Навчальний посібник. - Мінськ: Вища школа, 1982 р. 3. Авторське свідоцтво СРСР №698785, МПК В60F1/01 від 25.11.1979р. 4. Патент Російської Федерації №2005085 МПК. В60Г1/04 від 04.08.92р. 5. Журнал «За рулем», Російська Федерація №3, 1999 р. 6. Парунакян В.Е., Красулін О.С., Гусєв Ю.В., Рябухін О.В. Оцінка енерговитрат транспортних технологій промислових підприємств: Металургійні процеси і устаткування, 2007 №2(8), 3.49-53. 7. Норми технологічного проектування і техніко-економічні показники залізничного транспорту металургійних заводів. ВНТП 1-18-79/Мінчермет СРСР. - М.: Гіпромез, 1979. 8. Гребенюк П.Т., Долганов А.Н., Скворцова А.І. Тягові розрахунки: Довідник / Під ред. Гребенюка П.Т. - М.: Транспорт, 1987. - 272з. Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601