WWW.DISUS.RU

БЕСПЛАТНАЯ НАУЧНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 

История создания и перспективы модернизации пассажирского вагона в россии

На правах рукописи

ЕФИМОВА ГАЛИНА НИКОЛАЕВНА

ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ МОДЕРНИЗАЦИИ ПАССАЖИРСКОГО ВАГОНА В РОССИИ

Специальность 07.00.10. – История науки и техники

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

диссертации на соискание ученой

степени кандидата технических наук

Москва – 2009

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет путей сообщения» (МИИТ) на кафедре «Инновационные технологии».

Научный руководитель доктор исторических наук, профессор Тарасова Валентина Николаевна

Официальные оппоненты:

доктор технических наук Наговицын Виктор Степанович

(ОАО «НИИАС»);

кандидат технических наук, доцент Никольский Александр Сергеевич (МГСУ).

Ведущая организация: Институт истории естествознания и техники им.

С.И. Вавилова РАН

Защита диссертации состоится «18» марта 2009 г. в 16.00 часов на заседании Диссертационного совета Д218.005.09 при Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ) по адресу: 127994, г. Москва, ул. Образцова, 9, стр. 9, ауд. 1234.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять по адресу университета.

Автореферат разослан «17» февраля 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук, профессор В.А. Козырев

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Пассажирский вагонный парк российских железных дорог является одним из важнейших видов железнодорожного подвижного состава. От его технического состояния и способности удовлетворять потребности в перевозках зависит качество обслуживания и своевременность доставки пассажиров, производительность и экономические показатели работы железных дорог.

Пассажирский вагон является неотъемлемой частью пассажирского комплекса железных дорог, обеспечивая возрастающий спрос на сервисные услуги железнодорожного транспорта. Критерии оценки обслуживания пассажиров характеризуются такими показателями, как комфортабельность и плавность хода вагона.

Исследование основных историко-технических периодов и направлений формирования вагоностроения, создания и перспектив модернизации пассажирских вагонов на основе достижений научно-технического прогресса с 40-х гг. XIX в. по начало XXI в. позволяет определить критерии целесообразности их совершенствования.

Основной целью работы является определение тенденций модернизации отечественного пассажирского вагона на основе установления историко-технических периодов и ретроспективного анализа направлений развития пассажирского вагоностроения в 1846-2006 гг.

Для достижения цели были поставлены и решены следующие научные задачи:

  • установлены основные историко-технические периоды и направления формирования отечественного вагоностроения, создания и модернизации пассажирского вагона с 1846 г. по 2006 г.;
  • выявлены критерии, определявшие целесообразность совершенствования конструкций кузовов пассажирских вагонов с 1870 г. по 2006 г. и инженерных систем жизнеобеспечения - с 1863 г. по 2006 г. с целью повышения комфорта и обеспечения безопасности перевозки пассажиров;
  • определены тенденции совершенствования тележек с целью обеспечения плавности хода пассажирского вагона, с учетом повышения технических требований и потребительского спроса пассажиров с 1865 г. по 2000 г.;
  • установлена номенклатура показателей технического уровня и качества тележек пассажирских вагонов, характеризующих плавность хода;
  • выбраны лучшие конструктивные варианты тележек пассажирских вагонов.

Методология исследования основывается на применении междисциплинарного принципа, методов количественных оценок, прогнозирования, сравнительного, регрессионного и кластерного анализа, экспертных оценок и критериев выбора лучших технических решений, расчетных и экспериментальных данных.

Объектом исследования является пассажирский вагон и пассажирское вагоностроение.

Предметом исследования являются историко-технические периоды развития пассажирского вагоностроения; технические характеристики пассажирского вагона и его частей, изменяемые во времени.

Историография.

Установлению периодизации истории развития техники, в том числе транспорта, в рамках общественно-экономических формаций посвящено исследование А.А. Зворыкина, Н.И. Осьмовой, В.И. Чернышева и С.В. Шухардина.

Историко-технические аспекты создания и совершенствования пассажирского вагона представлены в работах П.С. Анисимова, В.С. Виргинского, Г. Гюнтера, В.С. Наговицына, А.С. Никольского, Е.А. Сотникова, Л.А. Шадура и др.



Основополагающие аспекты создания и совершенствования отечественного подвижного состава представлены в работах ученых второй половины ХIХ в. Н.Л. Щукина, Н.П. Петрова, Н.Е. Жуковского и др. В этих работах в дополнение к экспериментальным методам впервые применен научный подход к проектированию пассажирских вагонов, отражены организационные и производственные аспекты создания и совершенствования отечественного подвижного состава, выполнены расчеты прочности и надежности конструкции кузова.

Особенности технического развития кузовных конструкций вагонов в ХХ в. освещены в работах В.З. Власова, В.Н. Котуранова, Е.Н. Никольского, А.А. Попова, П.И. Травина, Л.А. Шадура и др.

Исследования рессорного подвешивания и гасителей колебаний отражены в публикациях П.С. Анисимова, С.В. Вершинского, М.В. Винокурова, В.В. Лукина, А.А. Львова, А.А. Попова, В.Д. Хусидова, И.И. Челнокова и др.

Вопросам безопасной, надежной и экономичной эксплуатации подвижного состава и его ремонта посвящены работы А.А. Воробьева, Б.В. Быкова, М.М. Болотина, Н.С. Бачурина, А.В. Горского, В.В. Кобищанова, Л.Д. Кузьмича, В.П. Лозбинева, Е.Н. Никольского, Г.И. Петрова, П.А. Устича, В.П.Феоктистова, А.А. Хохлова и др.

В работах М.В. Винокурова, А.Е. Зороховича, В.П. Егорова, Ю.М. Калымулина, А.З. Либмана, И.Ф. Пастухова, Б.Н. Ребрика, Ю.О. Фаерштейна и др. исследуется развитие систем жизнеобеспечения пассажиров в пути следования.

Источники. В качестве источников рассмотрены государственные и ведомственные нормативные документы, федеральные и отраслевые программы развития железнодорожного транспорта и пассажирского вагоностроения.

В ходе исследования использованы документы фондов Центрального государственного архива Российской Федерации (ГАРФ), Центрального государственного исторического архива (ЦГИА) и Российского государственного архива экономики (РГАЭ), посвященные отечественному пассажирскому вагоностроению.

Научная новизна работы состоит в том, что на основе системного подхода, комплексного историко-технического анализа пассажирского вагона и пассажирского вагоностроения России с 1846 г. по 2006 г., методов прогнозирования, методов экспертных оценок и технико-экономического критерия выбора лучших решений:

  • выявлены тенденции, влиявшие на организацию производства и модернизацию пассажирского вагона с 1846 г. по 2006 г., тележек пассажирских вагонов – с 1865 г. по 2000 г.; смену поколений техники отечественного пассажирского вагоностроения в рамках следующих историко-технических периодов: 1846 -1874 гг., 1875 - 1917 гг., 1918 – 1945 гг., 1946 - 2006 гг.
  • научно обоснована методом экспертных оценок номенклатура показателей технического уровня и качества параметров тележек пассажирских вагонов, характеризующих плавность хода;
  • разработана методика выбора лучших конструктивных вариантов тележек пассажирских вагонов (направлений их модернизации) по технико-экономическому критерию с учетом предложенных показателей их технического уровня и качества.

Практическая значимость работы состоит в том, что в ней:

  • составлен прогноз развития вагоностроения;
  • обоснована возможность применения упрощенного метода определения интегрального показателя конкурентоспособности тележек пассажирского вагона по экономическим параметрам на стадии их проектных разработок;
  • получено уравнение регрессии для прогнозирования статического прогиба рессорного подвешивания тележек пассажирских вагонов.

Достоверность результатов работы основана на использовании большого объема документов и других источников, корректном применении методов регрессионного анализа для оценки и прогнозирования исследуемых явлений. Достоверность выбора номенклатуры показателей для оценки технического уровня и качества тележек, характеризующих плавность хода пассажирских вагонов, подтверждена допустимым значением коэффициента конкордации (0,86) и его значимостью. Результаты выбора лучших вариантов тележек пассажирских вагонов (направлений их совершенствования) по предложенному технико-экономическому критерию подтверждены методом кластерного анализа.

Апробация работы. Основные положения и выводы по содержанию диссертации докладывались на международных и российских научно-практических конференциях: «Туризм: подготовка кадров, проблемы и перспективы развития» (г. Москва, 2002 г.), «Безопасность движения поездов» (г. Москва, 2005 г., 2007 г.), «Современные проблемы управления перевозочным процессом. Повышение качества подготовки специалистов и уровня научных исследований» (г. Москва, 2006 г.), «Наука – транспорту» (г. Москва, 2007 г., 2008 г.).

Реализация результатов работы. Материалы исследования используются в учебном процессе МИИТа при изучении слушателями курсов «Теория инноваций», «История науки и техники», «История российской науки», «История техники», «История транспорта».

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 9 печатных работах, в том числе, одна работа опубликована в издании, рекомендованном ВАК России.

Структура диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, структурированных по тематическому принципу, заключения, списка использованных источников и литературы, четырех приложений. Диссертация представлена на 269 страницах, включает в себя 39 таблиц, 10 диаграмм, 1 дендрограмму, 1 график и 104 рисунка. В библиографии насчитывается 114 наименований документальных и литературных источников.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность, определены цели, задачи работы, научная новизна, объект, предмет и методология исследования, проведен историографический и источниковедческий анализ развития пассажирского вагоностроения, установлена научно-практическая значимость и представлены результаты апробации работы.

В первой главе «Развитие производства отечественных пассажирских вагонов» на основе ретроспективного анализа определены четыре основных периода, в рамках которых менялись формы организации производства и осуществлялась смена поколений техники в отечественном пассажирском вагоностроении (см. табл. 1).

Таблица 1

Основные периоды развития производства отечественных пассажирских вагонов с 1846 г. по 2006 г.

П/н Период, гг. Организационные и технические параметры
1. 1846-1874 Организация производства на отечественных машиностроительных заводах зарубежных аналогов пассажирских вагонов, отличавшихся конструкционным разнообразием
2. 1875-1917 Создание отечественной вагоностроительной промышленности, формирование пассажирского вагонного парка, зарождение науки о вагонах
3. 1918-1945 Формирование единой научно-технической политики по пассажирскому вагоностроению, проектированию и эксплуатации вагонов
4. 1946-2006 Создание и модернизация цельнометаллических пассажирских вагонов, а также вагонов и тележек нового поколения и организация их производства

Во второй половине XIX в. создание и модернизация пассажирского вагона осуществлялись с учетом потребностей населения в перевозках, опыта эксплуатации подвижного состава в условиях российского климата и расстояний перевозок. Были определены основные направления конструирования пассажирских вагонов, обеспечивавших комфорт в зависимости от условий проезда, социального статуса и материального положения пассажиров, безопасность и высокую скорость движения.





К началу ХХ в., в процессе развития железнодорожного машиностроения и роста объема перевозок, в России была создана специализированная инфраструктура, которая включала в себя восемь заводов пассажирского вагоностроения, а к 1914 г. сформирован парк пассажирских вагонов, насчитывающий 30858 единиц.

После экономического спада, обусловленного Первой мировой войной, революцией 1917 г., Гражданской войной и послевоенной разрухой, благодаря внедрению экспериментальных методов исследований и испытаний новых конструкций были заложены основы единой научно-методической и нормативной технической базы пассажирского вагоностроения, ориентированной на улучшение условий и качества обслуживания пассажиров.

В 1920-1930-е гг. в процессе создания научно-исследовательских институтов, подготовки научных и инженерных кадров внедрялись экспериментальные методы исследований и испытаний новых конструкций пассажирского подвижного состава, а также закладывались основы технической политики пассажирского вагоностроения.

Во второй половине XX в. пассажирский вагон стал легче (за счет применения новых материалов при сохранении прочности, повышении долговечности), что способствовало повышению скорости движения на железных дорогах и росту пассажирооборота (за счет увеличения вместимости вагона).

К началу 1990-х гг. пассажирские вагоны по уровню комфорта подразделялись на следующие типы: жесткие и мягкие; купейные, некупейные и открытого типа. Установлено, что 86% вагонов пассажирского парка предназначались для перевозки пассажиров и 14% парка вагонов имели вспомогательное назначение (вагоны-рестораны, багажные, почтовые, почтово-багажные и служебные).

В этот период по железным дорогам страны ежегодно перевозилось более 4,3 млрд. пассажиров, что составляло 64% от общего отправления всеми видами транспорта. На долю купейных вагонов приходилось около 20% пассажирского парка при спросе в 70%. В конце 1990-х гг. в России был обеспечен выпуск универсального пассажирского вагона с базовой конструкцией кузова, соответствующей тенденциям развития железнодорожной техники. В 2007 г. из-за резкого снижения объемов поставок пассажирских вагонов наметилась тенденция старения его парка (рис. 1).

 Количество вагонов с истекшим сроком службы Динамика-0

Рис. 1. Количество вагонов с истекшим сроком службы

Рис. 2. Динамика пассажирооборота и количества перевезенных пассажиров в 2005-2006 гг. и прогноз объемов отправления до 2015 г.

В то же время, 2004 г. наметилась устойчивая тенденция увеличения пассажирооборота (рис. 2). С 2006 г. руководство ОАО «РЖД» (созданное в 2003 г.) совместно с вагоностроительными заводами проводит инвестиционную и техническую политику по выпуску новых вагонов различных типов.

В ходе создания российского рынка железнодорожного машиностроения определились основные направления развития нового пассажирского подвижного состава: расширение номенклатуры типов вагонов, применение современных материалов и технологий изготовления, повышение уровня комфорта, снижение стоимости жизненного цикла.

Совершенствование пассажирских вагонов ведется по пути повышения скорости движения, комфортабельности и экономичности в соответствии с изменяющимися нормами расчета и проектирования новых и модернизированных вагонов железных дорог колеи 1520 мм.

Во второй главе «История создания и совершенствования кузовов пассажирских вагонов» установлены критерии целесообразности совершенствования пассажирского вагона, основные элементы его конструкции, влияющие на удобства и комфорт пассажиров, которые характеризуются показателями комфортабельности и плавности хода.

Комфортабельность пассажирского вагона рассматривается как единство конструкции кузова, планировки, дизайна и внутреннего оборудования, предназначенного для улучшения условий проезда пассажиров. Показатель плавности хода характеризует динамические качества вагона исходя из условий физиологического воздействия вибрации (превышения уровня допустимых ускорений и частот колебаний) кузова пассажирского вагона на организм человека.

Отечественные пассажирские вагоны, по сравнению с зарубежными аналогами, имели упрощенную форму кузова и крыш трех типов (плоскую с незначительной выпуклостью посередине, полукруглую и с продольным световым фонарем по длине вагона). Модернизация кузова пассажирского вагона шла в направлении: увеличения его объема за счет изменения габарита, что позволяло создать удобный интерьер, рациональную внутреннюю планировку и здоровый микроклимат; устройства закрытых тамбуров; применения входных дверей, открывавшихся вовнутрь, и переходных мостиков для прохода в соседний вагон.

Главным принципом формирования внутренней планировки пассажирского вагона стала стандартизация размеров: коридоров, диванов, отделений, дверей и окон; конструкций подъемных спинок диванов для организации спальных мест; полок для ручной клади и багажа; тамбуров и коридоров для удобного прохода.

В период 1960-1990-х гг. внедрение сборных металлических и цельнометаллических кузовов, применение в конструкциях внутреннего оборудования сплавов легких металлов и пластмасс позволило снизить вес вагонов, что создало условия для размещения дополнительных устройств энергоснабжения, водоснабжения, отопления, кондиционирования и вентиляции, способствующих комфортным условиям проезда пассажиров.

Увеличение внутренних размеров пассажирского вагона повышало вместимость формируемых поездов. Длина пассажирского вагона увеличилась с 18 м (в 1920-х гг.) до 23,6 м (в 1950-е гг.). Коэффициент населенности возрос соответственно, с 0,83 (18 м, мягкий вагон) до 2,35 (23,6 м, жесткий вагон). Внедренные в начале ХХI в. планировочные решения позволяют изменять параметры салонной части и шага оконных проемов в зависимости от типа и классности вагона. В новых вагонах рассчитаны размеры и шаг окон, оптимизированы размеры проходов и пространства для размещения багажа и гардероба.

Обшивка стен и потолков сборными щитами и панелями обеспечила удобный доступ к сервисным инженерным системам. Универсальная конструкция базового кузова длиной 23,6 м позволила создать модельный ряд пассажирских вагонов. Использование в конструкции низколегированной и нержавеющей стали позволило увеличить срок службы вагона до 28 лет. В работе выполнен ретроспективный анализ (1870-2006 гг.) направлений и средств совершенствования конструкций пассажирских вагонов, систематизированы их технические характеристики в период с 1870 по 1960 гг.

В третьей главе «Развитие инженерных систем жизнеобеспечения в пассажирском вагоностроении» исследованы системы отопления, водоснабжения, освещения и вентиляции, применяемые в пассажирских вагонах в период с 1863 по 2006 г.

Практический опыт внедрения, использования и совершенствования инженерных систем жизнеобеспечения (в первую очередь отопления) в дореволюционный период показал существенные преимущества водяного отопления. Комплектация внутреннего обустройства пассажирского вагона осуществлялась с учетом длины вагона и количества спальных мест. С конца 1940-х гг. пассажирские вагоны оборудовались только водяным отоплением. До 1974 г. отечественные вагоны строились с водяным отоплением и угольной топкой котла. Со второй половины 1970-х гг. вновь построенные пассажирские вагоны оборудовались индивидуальным водяным отоплением от котла, работавшего на твердом топливе, или комбинированным отоплением (электрическим и топливным).

Искусственное освещение прошло путь от стеариновых свечей и ламп с использованием минеральных масел до газовых и электрических светильников, которые отличались быстротой действия, безопасностью и качеством распределения светового потока. До конца 1950-х гг. в качестве источников света в пассажирских вагонах применяли лампы накаливания, а с начала 1960-х гг. - люминесцентные лампы и софиты. В 1980-х гг. комбинированная система электрического освещения с применением ламп накаливания и более экономичных люминесцентных ламп стала базовой для всех типов пассажирских вагонов. Конструкция вагонных светильников определялась их назначением, расположением и дизайном помещений. Были разработаны нормы минимальной освещенности для разных отделений пассажирского вагона.

Для улучшения вентиляции в вагонах применялись надоконные и подоконные задвижные вентиляторы, позднее в дополнение к вытяжкам устанавливались потолочные вентиляторы с различными формами флюгарок, что позволяло создавать комфорт и удобства, а также поддерживать удовлетворительное физическое состояние пассажиров.

Создание гигиенических условий в вагоне достигалось соблюдением показателей относительной влажности за счет движения воздуха. Экспериментально было установлено, что человек путем рециркуляции воздуха может находиться в атмосфере, содержащей не менее 12% кислорода. Благоприятное воздействие на организм человека оказывает воздух, относительная влажность которого составляет 40-60%. Максимально допустимая скорость движения воздуха в вагоне, которая переносится людьми без нарушения ощущения комфорта, составляет 0,15-0,50 м/с.

В 1920-1930-е гг. устройства вентиляции вагона позволяли удалять воздух и заменять его чистым наружным. Вентиляция осуществлялась естественным путем с помощью окон, дефлекторов и других устройств, а также принудительно с применением центробежных и/или осевых вентиляторов.

Комфортные условия создавались благодаря внедрению в 1960-е гг. установок кондиционирования воздуха, которые работали в автоматическом режиме, обеспечивали необходимый воздухообмен, охлаждение или подогрев воздуха внутри пассажирского вагона (летом до 22-25°С, зимой - до 18-22°С) независимо от параметров наружного воздуха.

В 1990-е гг. парк пассажирских вагонов по основным конструкционным элементам (электрооборудованию, климатическим установкам, элементам интерьера) незначительно уступал зарубежным образцам, но требовал повышенных затрат на техническое обслуживание и ремонт. На большинстве вагонов, выпущенных до 1995 г., (свыше 70%) отсутствовали установки кондиционирования воздуха.

Для повышения качества обслуживания пассажиров были разработаны и внедрены общетранспортные стандарты на основные виды сервисного оборудования. Были унифицированы основные размеры типовых узлов и металлоконструкций, что позволило видоизменять планировку внутренних помещений и комплектовать их оборудованием для жизнеобеспечения пассажиров исходя из схемы формирования поезда.

В четвертой главе «История создания и совершенствования технических устройств, обеспечивающих плавность хода» проведен ретроспективный анализ (1865-2000 гг.) направлений совершенствования тележек пассажирских вагонов и определены основные историко-технические периоды и виды их модернизации. Установлено, что в конце ХIХ в. пассажирские вагоны отличались улучшенной плавностью хода благодаря применению тележек системы Фетте и тройного рессорного подвешивания. Двухосные тележки, которые чаще других использовались в конструкциях пассажирских вагонов начала ХХ в., имели улучшенные показатели рессорного подвешивания.

С появлением новых типов пассажирских вагонов, увеличением скоростей движения, веса и длины поездов было установлено, что основными причинами утомляемости человека в пути следования являлись колебания, которые вызывали изменение относительного положения частей тела. Поэтому с конца 1930-х гг. стали создавать и испытывать тележки различных конструкций с целью обеспечения плавности хода, восприятия неровностей пути, смягчения передаваемых от них на кузов колебаний.

Во второй половине 1990-х гг. учеными кафедры «Вагоны и вагонное хозяйство» МИИТа, ВНИИЖТа, конструкторами ОАО «ТВЗ» был разработан проект комплексной модернизация тележки типа КВЗ-ЦНИИ. Модернизация включала в себя установку наклонных гидравлических гасителей колебаний в центральном рессорном подвешивании, замену клиновых фрикционных гасителей колебаний в буксовой ступени рессорного подвешивания резиновыми прокладками определенной жесткости.

При создании вагонов нового поколения были освоены принципиально новые тележки безлюлечного типа с дисковыми и магниторельсовыми тормозами, обеспечивающими безопасность движения и плавность хода при скоростях до 200 км/ч.

Наличие большого количества вариантов тележек пассажирских вагонов затрудняет выбор лучших технических решений и направлений их модернизации с целью обеспечения плавности хода.

Для разрешения этой задачи в работе методом экспертных оценок научно обоснована номенклатура показателей технического уровня и качества пассажирских тележек, характеризующих плавность хода: показатель плавности хода, показатель утомляемости, собственная частота колебаний подпрыгивания, собственная частота колебаний галопирования, масса тележки. Определены коэффициенты весомости этих показателей. Достоверность экспертных оценок подтверждена высоким значением коэффициента конкордации (0,86) и уровнем его значимости по критерию Пирсона.

Для отбора лучших конструктивных решений (вариантов модернизации тележек) в работе был предложен технико-экономический критерий конкурентоспособности , представляющий собой отношение интегрального показателя по техническим параметрам к интегральному показателю по экономическим параметрам, широко используемый в теории и практике выбора технических решений (1):

, (1)

где интегральный показатель конкурентоспособности тележки по техническим параметрам; n – количество учитываемых единичных показателей технического уровня и качества тележек; коэффициент весомости го единичного показателя технического уровня и качества тележки; или относительное значение го единичного показателя технического уровня и качества (первое соотношение применяется для показателей, имеющих тенденцию роста, а второе - снижения); абсолютные значения го единичного показателя технического уровня и качества для проектного и базового вариантов тележек; интегральный показатель конкурентоспособности тележек по экономическим параметрам; число учитываемых экономических параметров объекта; коэффициент весомости го экономического параметра (доля го вида затрат в сумме затрат базового образца); частный индекс го вида затрат (отношение го вида затрат для проектного варианта и - базового образца).

При определении численных значений параметра учитываются затраты в течение жизненного цикла тележки: приобретение; ликвидация; капитальный ремонт; деповской ремонт и техническое обслуживание.

Если < 1, то анализируемая техника уступает образцу, а если > 1, то она по своим параметрам превосходит базовый образец. Для практического применения предложенного метода в работе в качестве базового образца принята типовая тележка пассажирского вагона ТВЗ-ЦНИИ-М (модель 68-875). Технические и экономические параметры базового образца и новых тележек приведены в табл. 2.

Таблица 2

Технические и удельные экономические параметры тележек

Наименование показателя 68-875 68-4065 68-4066 68-4075 68-4076
Показатель плавности хода 3,1 3,1 3,1 2,82 2,82
Утомляемость пассажира (ускорение кузова) м/с2 0,2 0,19 0, 13 0,1 0,1
Собственная частота колебаний подпрыгивания, Гц 2,4 1,73 1,73 1,2 1,2
Собственная частота колебаний галопирования, Гц 2,0 1,42 1,42 0,9 0,9
Масса тележки, т 6,9 6,8 7,4 7,1 7,15
Издержки на приобретение, руб. 27 222 23943 22092 76585 77022
Среднегодовые издержки на капитальный ремонт, руб. 3835 3777 4111 3942 3973
Среднегодовые издержки на деповской ремонт, руб. 14750 14528 15812 15163 15281
Среднегодовые издержки на техническое обслуживание и текущий ремонт, руб. 2000 1970 2144 2056 2072
Суммарные издержки, руб. 47807 44218 44159 97746 98348

Результаты расчетов интегральных показателей и , а также технико-экономического критерия приведены на рис. 3. Результаты расчетов показывают, что новые тележки превосходят базовую тележку модели 68-875 по техническим параметрам.

 Диаграмма технико-экономических показателей исследуемых тележек (1 --28

Рис. 3. Диаграмма технико-экономических показателей исследуемых тележек

(1 - 68-4065; 2 - 68-4066; 3 - 68-4075; 4 – 68-4076)

Модели новых тележек 68-4065 и 68-4066 превосходят базовую тележку по технико-экономическому критерию конкурентоспособности . Модели новых тележек 68-4075 и 68-4076 значительно превосходят базовую тележку по техническим параметрам, но уступают ей по технико-экономическому критерию из-за высокой стоимости.

Исследовано влияние метода расчета интегрального показателя конкурентоспособности по экономическим параметрам - Э на численные значения технико-экономического критерия (см. табл. 3).

Для расчета показателя применен следующий упрощенный по сравнению с (1) метод (2):

, (2)

где и – стоимость новой и базовой тележек, руб.

Из табл. 3 следует, что средняя ошибка вычислений критерия по упрощенному методу расчета показателя Э для проектных (новых) вариантов тележек, приведенные в табл. 3, не превышает 20%.

Таблица 3

Результаты расчетов влияния интегрального показателя

конкурентоспособности по экономическим параметрам на значение общего технико-экономического показателя

Модель тележки Показатель Показатель Критерий Ошибка вычислений, %
1 68-4065 1,13 0,8836 1,276 4,66
2 68-4066 1,264 0,8217 1,538 12,4
3 68-4075 1,649 2,7434 0,6 25,47
4 68-4076 1,642 2,7591 0,59 25,44
Средняя ошибка 17,00

Поэтому формулу (2) допустимо применять для приближенной оценки показателя на стадии разработки проектных вариантов тележек.

Результаты проведенных исследований показывают, что принятое направление создания и модернизации тележек безлюлечного типа пассажирских вагонов является перспективным, так как новые модели тележек соответствуют условию (1).

Анализ конструкций тележек пассажирского вагона показал, что их качество связано с повышением статического прогиба рессорного подвешивания, который в значительной степени определяет частоты собственных колебаний и параметры плавности хода. Величины статических прогибов рессорного подвешивания тележек приведены в табл. 4.

Таблица 4

Величины статических прогибов рессор тележек моделей разных лет

Модель тележки КВЗ-5 КВЗ-ЦНИИ КВЗ-ЦНИИ-М 68-875 Трехосная 68-4065 68-4071 68-4075
Статический прогиб, мм 150 190 225 168 199 270 285
Год создания 1950 1963 1986 1959 1988 1996 1998

На основании данных табл. 4, с целью прогнозирования этого важнейшего параметра, построена диаграмма изменения статического прогиба в функции времени , и получено уравнение регрессии (3), показанные на рис. 4:

. (3)

Величина коэффициента детерминации (квадрат коэффициента корреляции, 0,851) R2 = 0,8837 свидетельствует об адекватности модели (3) статистическим данным, приведенным в табл. 4.

Рис. 4. График изменения статического прогиба рессорного подвешивания тележек

Для подтверждения полученных результатов в работе применен метод кластерного анализа, с помощью которого решается задача создания группировок с параллельным использованием различных признаков пассажирских вагонов и отдельного оборудования. При этом к простым объектам анализа можно отнести отдельные элементы или его технологическое оборудование, а к сложным - пассажирский вагон в целом.

Дендрограмма кластерного анализа десяти вариантов тележек пассажирского вагона представлена на рис. 5. В качестве критериальных свойств индикаторов использованы: полнота конструктивного охвата; действенность достижения потребительских свойств; разложимость (не более семи) на классификационные составляющие; неизбыточность состава затрат, эффективность которого повышается при рассмотрении входных и выходных характеристик; минимальная размерность оценки параметров.

Индикаторами выбраны следующие показатели: А - нагрузка на тележку от массы кузова брутто (кН), Б - база тележки (мм), В - статический суммарный прогиб рессорного подвешивания (мм), Г - конструкционная скорость (км/ч), Д - масса тележки (кг). Вертикальная кластеризация представляет собой иерархическое дерево, алгоритм которого состоит в объединении объектов на основе расстояния и сходства между ними.

Номера моделей тележек пассажирских вагонов

Показатели Индикаторы
А Б В Г Д
К1 – тележка 68-4075 (С1) 238 2500 260 200 7100
К2 – тележка 68-4076 (С2) 238 2500 280 200 7150
К3 – тележка 68-4065 (С3) 218 2400 233 160 6800
К4 – тележка 68-4066 (С4) 218 2400 233 160 7400
К5 – тележка 68-875 (С5) 207 2400 221 160 6900
К6 – тележка 68-876 (С6) 218 2400 233 160 7409
К7 – тележка 68-4063 (С7) 233 2400 209 160 7243
К8 – тележка 68-4064 (С8) 248 2400 223 160 7267
К9 – тележка 68-4071 (С9) 162 2500 270 160 6850
К10 – тележка 68-4072 (С10) 204 2500 288 160 7300

Рис. 5. Дендрограмма формирования кластеров исследования тележек

пассажирских вагонов

Далее кластеры агрегируются, и на последнем этапе все исследуемые объекты объединяются вместе. При этом вертикальные оси представляют собой расстояния объединения. Величина расстояния отражает соответствие объединения элементов в новый кластер и дает возможность правильно интерпретировать результаты анализа. Предпочтительным методом вычисления расстояний между объектами в многомерном пространстве является вычисление евклидовых расстояний.

Самая близкая связь и сходные параметры качества у тележек третьего кластера моделей 68-4066 и 68-876. Кластерный анализ позволил выделить группу перспективных тележек безлюлечного типа и подтвердил результаты упрощенного метода расчета показателя конкурентоспособности по экономическим параметрам для предварительного отбора лучших проектов тележек на стадии их разработки.

Основные выводы и результаты

  1. Анализ тенденций отечественного пассажирского вагонного парка с 1846 г. по 2006 г. в рамках установленных историко-технических периодов и направлений формирования отечественного вагоностроения показал, что на модернизацию пассажирского вагона влияли темпы роста экономического развития и научно-технического прогресса машиностроительного производства. Конкретные особенности конструктивных решений и параметров пассажирских вагонов определялись требованиями пассажирских перевозок и зависели от климатических и социальных условий, а также сложившихся традиций транспортного обслуживания населения в России.

2. Исследование направлений и средств совершенствования конструкций кузовов пассажирских вагонов с 1870 г. по 2006 г., осуществленное, в том числе путем систематизации технических характеристик их основных типов с отражением особенностей устройства, заводов изготовителей и дат выпуска с 1870 г. по 1960 г., позволило определить тенденцию к изменению форм, строительного материала, весовых и прочностных характеристик конструкции и механических частей пассажирского вагона в направлении уменьшения массы тары, благодаря чему были созданы условия для размещения универсального сервисного оборудования.

3. В ходе историко-технического анализа (1865-2000 гг.) направлений модернизации тележек пассажирских вагонов показаны преимущества новых конструкций тележек безлюлечного типа, которые защищают пассажиров от воздействия ускорений, вибраций и шума и обеспечивают требуемую плавность хода при движении по железнодорожному пути с неровностями.

4. Установлено, что на комфортабельность пассажирского вагона с позиции воздействия динамических сил, ускорений и частот колебаний кузова влияют показатели плавности хода и утомляемости, собственная частота колебаний подпрыгивания и галопирования, масса тележки.

5. Разработана методика выбора лучших вариантов (направлений модернизации) тележек пассажирских вагонов. По разработанной методике проведена экспертиза показателей технического уровня и качества новых вариантов тележек (68-4065, 68-4066, 68-4075, 68-4076) по сравнению с типовой тележкой ТВЗ-ЦНИИ-М (68-875). Результаты расчетов показали, что новые тележки заметно превосходят типовую тележку, что свидетельствует о правильности выбора перспективных направлений модернизации тележек отечественных пассажирских вагонов. На основе кластерного анализа параметров тележек, характеризующих плавность хода пассажирского вагона, подтверждена достоверность результатов расчетов по технико-экономическому критерию.

Основные положения диссертации опубликованы

в следующих работах:

1. Ефимова Г.Н. Повышение потребительских свойств пассажирских вагонов // Туризм: подготовка кадров, проблемы и перспективы развития: Труды IV Международной научно-практической конференции - М.: Московский государственный университет сервиса. - 2002.- С. 171-175.

2. Ефимова Г.Н. Нововведения в транспортном сервисе // Инновации в науке, образовании и производстве. Труды СПбГТУ. - № 492 - С.-Пб.: Издательство СПбГТУ. - 2004 - С. 214-216.

3. Ефимова Г.Н. Обеспечение безопасности пассажиров в период становления транспортного обслуживания пассажиров // Безопасность движения поездов: Труды VI Научно-практической конференции - М.: МИИТ. - 2005. - С. III-3 - III-4.

4. Ефимова Г.Н. Актуальные проблемы развития сервисного обслуживания на железных дорогах // Современные проблемы управления перевозочным процессом. Повышение качества подготовки специалистов и уровня научных исследований: Труды Международной научно-технической конференции. - М.: МИИТ. – 2006. - С. III-16.

5. Ефимова Г.Н., Тарасова В.Н. Как экипаж превратился в пассажирский вагон // Мир транспорта. - 2006. - №2 - С. 134-143; 2006. - № 3 - С. 146-154.

6. Ефимова Г.Н. Оптимизация показателя плавности хода пассажирских вагонов за счет модернизации гидравлических гасителей колебаний кузова // Наука транспорту. Труды научно-практической конференции - М.: МИИТ. - 2007. - С. IV-12.

7. Ефимова Г.Н. Из истории железнодорожного сервиса России: пассажирский вагон как элемент комфорта в транспортном обслуживании // Современные проблемы сервиса и туризма. – 2008. - № 1. - С. 32-35.

8. Ефимова Г.Н. Разработка методики оценки конкурентоспособности пассажирского вагона // Безопасность движения поездов: Труды VIII Научно-практической конференции - М.: МИИТ. - 2007. – С. 227.

9. Ефимова Г.Н. Оценка качества тележек пассажирских вагонов на основе кластерного анализа // Наука транспорту. Труды научно-практической конференции - М.: МИИТ. - 2008. – С. IV-24.

ЕФИМОВА ГАЛИНА НИКОЛАЕВНА

История создания и перспективы модернизации

пассажирского вагона в России

Специальность 07.00.10. – История науки и техники

Автореферат диссертации на соискание ученой

степени кандидата технических наук

__________________________________________________________________

Подписано в печать – Формат 60Х84/16

Объем 1 п.л. Заказ № Тираж – 80 экз.

Типография МИИТа, 127994 Москва, ул. Образцова 9, стр. 9



 





<


 
2013 www.disus.ru - «Бесплатная научная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.