Bulletin of scientific research results Bulletin of scientific research results Бюллетень результатов научных исследований 2223-9987 89213 10.20295/2223-9987-2024-03-7-23 Проблематика транспортных систем PROBLEMATIC OF TRANSPORT SYSTEM Проблематика транспортных систем Use of high-strength steel to create high capacity gondola cars Применение высокопрочной стали для создания полувагонов повышенной грузоподъемности Орлова Анна Михайловна Orlova Anna Mihaylovna aorlova@uniwagon.com

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Демин Константин Павлович Demin Konstantin Pavlovich kdemin@tt-center.ru Попеску Роман Витальевич Popesku Roman Vital'evich rpopesku@tt-center.ru ПАО «Научно-производственная корпорация «Объединенная вагонная компания» Москва Россия PJSC Research and Production Corporation “United Wagon Company” Moscow Russian Federation ООО «Всесоюзный научно-исследовательский центр транспортных технологий» (ООО «ВНИЦТТ») Москва Россия All-Union Research and Development Center for Transport Technologies LLC Moscow Russian Federation ООО «Всесоюзный научно-исследовательский центр транспортных технологий» (ООО «ВНИЦТТ») Санкт-Петербург Россия All-Union Research and Development Center for Transport Technologies LLC Saint-Petersburg Russian Federation Петербургского государственного университета путей сообщения Императора Александра I Санкт-Петербург Россия Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University Saint-Petersburg Russian Federation 03 10 2024 03 10 2024 2024 3 7 23 02 10 2024 https://atjournal.ru/en/nauka/article/89213/view

Цель: обоснование возможности повышения грузоподъемности полувагонов путем применения высокопрочной стали при изготовлении элементов несущей конструкции. Методы: анализ истории изменения грузоподъемности отечественных полувагонов. Численное исследование влияния предела текучести стали на массу конструкции по критериям прочности и жесткости для балки на двух шарнирных опорах, работающей на изгиб, а также по критерию устойчивости сжатой конструкции балки. Конечно-элементное моделирование нагруженности несущей конструкции полувагона с применением высокопрочной стали с целью подтверждения соответствия по нормируемым параметрам прочности и устойчивости требованиям действующих нормативов [1–3]. Результаты: произведен анализ значений грузоподъемности универсальных четырехосных полувагонов, построенных в период с начала производства первых отечественных вагонов по настоящее время. Приведены результаты исследования влияния предела текучести стали на массу конструкции по критериям прочности и жесткости для балки на двух шарнирных опорах, работающей на изгиб, а также по критерию устойчивости сжатой конструкции балки. Рассмотрены технические требования к высокопрочной стали для сварных конструкций грузовых вагонов. Приведены показатели, по которым должна производиться оценка пригодности металлопроката из высокопрочных сталей для грузового вагоностроения. Приведены результаты оценки прочности и устойчивости силовой конструкции полувагона модели 12-6744 с применением высокопрочной стали, подтверждающие соответствие конструкции вагона по нормируемым параметрам прочности и устойчивости требованиям действующих нормативов [2, 3]. Описаны преимущества полувагона модели 12-6744, а также экономический эффект от его эксплуатации для грузоотправителя. Практическая значимость: обоснована возможность применения высокопрочной стали для повышения грузоподъемности полувагонов. Разработан полувагон модели 12-6744 с применением высокопрочной стали. Приведены его преимущества, а также показан экономический эффект при эксплуатации такого вагона для грузоотправителя.

Purpose: substantiation of the possibility to increase the load capacity of gondola cars using high-strength steel in the car body structure. Methods: gondola cars load capacity changing analysis. Numerical research of the effect of the steel yield strength value on the mass of the beam structure according to the criteria of strength and stiffness for a beam on two hinged supports operating in bending, and also according to the buckling criteria of a compressed beam. Gondola car body structure finite element analysis in order to confirm the strength and buckling parameters with the normative requirements. Results: the analysis of load capacity of universal fouraxle gondola cars built in the period from the beginning of production of the first Russian cars up to the present time was performed. Results of the analysis of the effect of steel yield strength on the mass of the structure according to the strength criteria and stiffness for a beam on two hinged supports operating in bending, and also according to the buckling criteria of a compressed beam was presented. High-strength steel technical requirements for welded structures of freight wagons is considered. Parameters for evaluating the suitability of rolled high-strength steel for freight wagon construction are given. The results of strength and stability analysis of the gondola car model 12-6744 with high-strength steel, which confirm the design compliance of the car in terms of normative parameters of strength and stability with the requirements of the existing standards are given. The gondola car model 12-6744 advantages are described, as well as the economic effect of its operation for the consignor. Practical importance: the possibility of using high-strength steel to increase the load capacity of gondola cars is substantiated. The gondola car model 12-6744 with high-strength steel was designed. Its advantages are given, and the economic effect of operating such a wagon for the consignor is shown.

 четырехосный полувагон универсальный полувагон повышенная грузоподъемность высокопрочная сталь оценка прочности и жесткости несущей конструкции полувагона оценка устойчивости рамы полувагона four-axle gondola car universal gondola car increased load capacity high-strength steels evaluation of strength and stiffness of the gondola car body structure gondola frame structure buckling analysis

ТР ТС 001/2011. Технический регламент Таможенного союза «О безопасности железнодорожного подвижного состава». TR TS 001/2011. Tehnicheskiy reglament Tamozhennogo soyuza «O bezopasnosti zheleznodorozhnogo podvizhnogo sostava». ГОСТ 33211-2014. Вагоны грузовые. Требования к прочности и динамическим качествам. М.: Стандартинформ, 2014. GOST 33211-2014. Vagony gruzovye. Trebovaniya k prochnosti i dinamicheskim kachestvam. M.: Standartinform, 2014. Нормы для расчета и проектирования вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных). М.: ГосНИИВ-ВНИИЖТ, 1996. Normy dlya rascheta i proektirovaniya vagonov zheleznyh dorog MPS kolei 1520 mm (nesamohodnyh). M.: GosNIIV-VNIIZhT, 1996. Шадур Л. А. Развитие отечественного вагонного парка. М.: Транспорт, 1988. 279 с. Shadur L. A. Razvitie otechestvennogo vagonnogo parka. M.: Transport, 1988. 279 s. Мокршицкий Е. И. История вагонного парка железных дорог СССР. М.: Изд-во и 1‑я тип. Трансжелдориздата, 1946. 203 с. Mokrshickiy E. I. Istoriya vagonnogo parka zheleznyh dorog SSSR. M.: Izd-vo i 1‑ya tip. Transzheldorizdata, 1946. 203 s. Типаж «Вагоны грузовые магистральные на 1986–2000 гг.». М.: ВНИИЖТ, ВНИИВ, 1986. 30 с. Tipazh «Vagony gruzovye magistral'nye na 1986–2000 gg.». M.: VNIIZhT, VNIIV, 1986. 30 s. О результатах вывода на рынок тележки принципиально новой конструкции на примере 18-9855 / А. М. Орлова [и др.] // Техника железных дорог. 2023. № 2 (62). С. 34–41. O rezul'tatah vyvoda na rynok telezhki principial'no novoy konstrukcii na primere 18-9855 / A. M. Orlova [i dr.] // Tehnika zheleznyh dorog. 2023. № 2 (62). S. 34–41. Каталог продукции ОВК // Научно-производственная корпорация «Объединенная вагонная компания». URL: https://www.uniwagon.com/#!products (дата обращения: 03.05.2024). Katalog produkcii OVK // Nauchno-proizvodstvennaya korporaciya «Ob'edinennaya vagonnaya kompaniya». URL: https://www.uniwagon.com/#!products (data obrascheniya: 03.05.2024). Смольянинов А. В., Колясов К. М. Анализ параметров и конструктивных решений кузовов инновационных вагонов // Транспорт Урала. 2020. № 4 (67). С. 34–39. Smol'yaninov A. V., Kolyasov K. M. Analiz parametrov i konstruktivnyh resheniy kuzovov innovacionnyh vagonov // Transport Urala. 2020. № 4 (67). S. 34–39. Смольянинов А. В. Анализ конструкций и параметров полувагонов, используемых для тяжеловесного движения // Транспорт Урала. 2017. № 4 (55). С. 26–30. Smol'yaninov A. V. Analiz konstrukciy i parametrov poluvagonov, ispol'zuemyh dlya tyazhelovesnogo dvizheniya // Transport Urala. 2017. № 4 (55). S. 26–30. Новоселов А. Ю., Коротков Д. С., Попеску Р. В. Улучшение технико-экономических характеристик полувагонов // Железнодорожный транспорт. 2023. № 7. С. 26–32. Novoselov A. Yu., Korotkov D. S., Popesku R. V. Uluchshenie tehniko-ekonomicheskih harakteristik poluvagonov // Zheleznodorozhnyy transport. 2023. № 7. S. 26–32. Орлова А. М., Демин К. П., Попеску Р. В. Как повысить эффективность полувагона: направления снижения технического коэффициента тары // Транспорт РФ. 2023. № 3–4 (106– 107). С. 33–38. Orlova A. M., Demin K. P., Popesku R. V. Kak povysit' effektivnost' poluvagona: napravleniya snizheniya tehnicheskogo koefficienta tary // Transport RF. 2023. № 3–4 (106– 107). S. 33–38. ГОСТ 19281-2014. Прокат повышенной прочности. Общие технические условия. GOST 19281-2014. Prokat povyshennoy prochnosti. Obschie tehnicheskie usloviya. Высокопрочные стали с экономным легированием для карьерного транспорта и горнодобывающей техники / В. Н. Никитин [и др.] // Сталь. 2016. № 10. С. 57–66. Vysokoprochnye stali s ekonomnym legirovaniem dlya kar'ernogo transporta i gornodobyvayuschey tehniki / V. N. Nikitin [i dr.] // Stal'. 2016. № 10. S. 57–66. Бороненко Ю. П., Филиппова И. О. Использование высокопрочных сталей в вагоностроении // Транспорт Российской Федерации. 2015. № 3 (58). С. 16–19. Boronenko Yu. P., Filippova I. O. Ispol'zovanie vysokoprochnyh staley v vagonostroenii // Transport Rossiyskoy Federacii. 2015. № 3 (58). S. 16–19. Таничева Н. А., Федоров И. В., Филиппова И. О. Съемное оборудование для перевозки лесоматериалов: новые технические решения и применение высокопрочных сталей // Известия Петербургского университета путей сообщения. 2020. Т. 17, № 1. С. 117–128. Tanicheva N. A., Fedorov I. V., Filippova I. O. S'emnoe oborudovanie dlya perevozki lesomaterialov: novye tehnicheskie resheniya i primenenie vysokoprochnyh staley // Izvestiya Peterburgskogo universiteta putey soobscheniya. 2020. T. 17, № 1. S. 117–128. ГОСТ 32.153-2000. Металлопрокат для кузовов грузовых вагонов нового поколения. Технические требования. GOST 32.153-2000. Metalloprokat dlya kuzovov gruzovyh vagonov novogo pokoleniya. Tehnicheskie trebovaniya. ГОСТ 9454-78. Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженных, комнатной и повышенных температурах. GOST 9454-78. Metally. Metod ispytaniya na udarnyy izgib pri ponizhennyh, komnatnoy i povyshennyh temperaturah. ГОСТ 7268-82. Сталь. Метод определения склонности к механическому старению по испытанию на ударный изгиб. GOST 7268-82. Stal'. Metod opredeleniya sklonnosti k mehanicheskomu stareniyu po ispytaniyu na udarnyy izgib. ГОСТ 14019-2003. Материалы металлические. Метод испытания на изгиб. GOST 14019-2003. Materialy metallicheskie. Metod ispytaniya na izgib. ГОСТ 6996-66. Сварные соединения. Методы определения механических свойств. GOST 6996-66. Svarnye soedineniya. Metody opredeleniya mehanicheskih svoystv. ГОСТ 5639-82. Стали и сплавы. Методы выявления и определения величины зерна. GOST 5639-82. Stali i splavy. Metody vyyavleniya i opredeleniya velichiny zerna.