Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
На правах рукописи
АЛИЕВ ГЕОРГИЙ НАБИЕВИЧ
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПЕРЕРАБОТКИ ГРУЗОПОТОКОВ НА ТЕРМИНАЛЬНОЦЛОГИСТИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСАХ ПРИ МУЛЬТИМОДАЛЬНЫХ ПЕРЕВОЗКАХ ГРУЗОВ В КРУПНОТОННАЖНЫХ КОНТЕЙНЕРАХ
Специальность 05.22.08 - Управление процессами перевозок
Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук
Санкт-Петербург 2012 Диссертация выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Петербургский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВПО ПГУПС) на кафедре Логистика и коммерческая работа
Научный консультант: кандидат технических наук, доцент Болотин Валерий Алексеевич
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор кафедры Логистика, коммерческая работа и подвижной состав ФГБОУ ВПО Сибирский государственный университет путей сообщения Островский Анатолий Михайлович кандидат технических наук, доцент кафедры Управление эксплуатационной работой ФГБОУ ВПО Петербургский государственный университет путей сообщения Сергеева Татьяна Георгиевна Ведущая организация - Военный институт (Железнодорожных войск и военных сообщений) Федерального государственного казённого военного образовательного учреждения высшего профессионального образования Военная академия тыла и транспорта им. генерала армии А.В. Хрулева Министерства обороны Российской Федерации
Защита состоится л21 декабря 2012 года в 13 ч. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 218.008.02 на базе Петербургского государственного университета путей сообщения по адресу:
190031, г. Санкт-Петербург, Московский пр., 9, ауд.7-320.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО ПГУПС.
Автореферат диссертации разослан л21 ноября 2012 г.
Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просьба направлять в адрес диссертационного совета.
Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук Горбачев Алексей Михайлович
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы исследования При общем росте объемов перевозок грузов в крупнотоннажных контейнерах в Российской Федерации растет конкуренция за право доставки их между железнодорожным и автомобильным транспортом.
Для привлечения новых грузопотоков необходимо повышать качество предоставляемых железнодорожным транспортом услуг, в том числе обеспечивать максимальную сохранность и своевременную доставку экспортно-ориентированных грузов.
Железнодорожные контейнерные перевозки в настоящее время играют значительную роль в доставке грузов в порты погрузки, являясь частью мультимодальной перевозки в логистическом процессе доставки грузов.
Интерес к такому виду доставки грузов объясняется его экономической эффективностью, скоростью и такими преимуществами перед автотранспортом, как возможность доставки больших партий грузов одновременно, снятие нагрузки с городской сети автодорог, повышение перерабатывающей способности фронтов погрузки и выгрузки в портах, возможность планирования подхода груза по расписанию.
Одним из проблемных мест в процессе мультимодальной перевозки является этап передачи грузов с автомобильного транспорта на железнодорожный и следование его по железной дороге в порты. При этом важнейшую роль играет выбор варианта перегрузки грузов, так как технология передачи грузопотока определяет эффективность мультимодальной перевозки в целом.
Одной из серьезных причин, приводящих к сбоям в доставке грузов железнодорожным транспортом, являются коммерческие неисправности в виде повреждения грузов, перевозимых в контейнерах, и самих контейнеров вследствие нарушения крепления и сдвига грузов в процессе перевозки. Это приводит к снижению качества перевозки в целом, увеличению непроизводительных простоев на станциях для устранения коммерческих неисправностей, нарушению сроков доставки грузов.
Изложенное свидетельствует об актуальности разработки рекомендаций по выбору наиболее рационального варианта перегрузки грузов с автомобильного на железнодорожный транспорт, обеспечения информационного сопровождения с целью уменьшения числа коммерческих неисправностей и соблюдения сроков доставки грузов.
Целью диссертационной работы является совершенствование переработки грузопотоков на терминально-логистических комплексах (ТЛК) при мультимодальной доставке грузов в крупнотоннажных контейнерах, включая разработку рекомендаций по выбору вариантов перегрузки грузов, повышению сохранности грузов и контейнеров и документационному сопровождению перевозки.
Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи:
- проанализировать возможные варианты логистических цепей доставки грузов в крупнотоннажных контейнерах и способы передачи их с автомобильного на железнодорожный транспорт;
- разработать метод обоснования выбора вариантов передачи грузопотоков с автомобильного транспорта на железнодорожный при мультимодальных перевозках;
- определить принципы оценки и отбора технической документации для осуществления безбумажной технологии работы при планировании этапа мультимодальной перевозки на стадии передачи грузопотока с автомобильного на железнодорожный транспорт;
- разработать рекомендации по повышению сохранности грузов, за счет их рационального размещения и крепления в крупнотоннажных контейнерах.
Методы исследования Теоретические исследования выполнены с использованием методов теории вероятностей, математической статистики, имитационного моделирования в среде SolidWorks, а также метода сравнительного анализа на основе технико-экономических расчетов.
Научную новизну выполненных исследований представляют:
- обобщенные мероприятия, рекомендуемые для организации прямого варианта перегрузки в рамках взаимодействия автомобильного и железнодорожного транспорта при мультимодальной перевозке;
- метод подготовки технической документации, позволяющий создать информационное сопровождение технологии перегрузки грузов с автомобильного транспорта на железнодорожный, на основе безбумажной технологии в условиях недостатка предварительной информации о перегружаемом грузе;
- обоснование повышения сохранности перевозимого груза и контейнера, уменьшения крепления груза в контейнере при перевозках маршрутными поездами;
- классификация способов и средств крепления грузов в крупнотоннажных контейнерах с учетом перспективных;
- трехмерная модель крупнотоннажного контейнера с размещенным в нем грузом в компьютерной среде SolidWorks применительно к режимам железнодорожных перевозок крупнотоннажных контейнеров;
Практическую ценность исследования представляют:
- рекомендации по повышению эффективности погрузочно-разгрузочных и транспортно-складских работ при организации прямого варианта перегрузки грузов с автомобильного на железнодорожный транспорт в логистической цепи мультимодальной перевозки;
- принципы и алгоритмы работы с технической документацией, в том числе на размещение и крепление грузов, как способ повышения безопасности железнодорожных перевозок;
- компьютерная модель для оценки и проверки надежности крепления грузов в крупнотоннажных контейнерах;
- рекомендации по размещению и креплению грузов в крупнотоннажных контейнерах при перевозках их по железным дорогам РФ, в том числе маршрутными поездами.
Реализация результатов исследования Разработанные практические рекомендации используются в компании ООО Модуль для реализации прямого варианта передачи грузопотоков на собственных ТЛК, а также для разработки эскизов и схем размещения и крепления грузов в крупнотоннажных контейнерах.
Предложенная компьютерная модель используется в научных исследованиях и учебном процессе кафедр Логистика и коммерческая работа и Автоматизированное проектирование ПГУПС.
Разработанные с участием автора диссертации рекомендации приняты ОАО РЖД для использования при совершенствовании технической документации и нормативно-правовой базы в вопросах, связанных с размещением и креплением грузов в крупнотоннажных контейнерах.
Апробация работы Основные результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на:
- семи международных научно-технических конференциях по вопросам развития транспорта, информационного обеспечения и моделирования процессов, проводившихся в 2011 - 2012 годах;
- заседаниях кафедры Логистика и коммерческая работа в 2008 - 2012 годах.
Публикации Основное содержание диссертационной работы изложено в публикациях общим объёмом 4,9 п. л., в том числе в 4 работах, опубликованных в изданиях, входящих в перечень ВАК РФ.
Структура работы Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов и рекомендаций, списка литературы, включающего 160 наименований, содержит 149 страниц основного текста, 49 рисунков, 10 таблиц и 8 приложений на страницах.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и основные задачи, а также определены методы исследования.
Первая глава Логистический процесс доставки грузов в крупнотоннажных контейнерах в условиях мультимодальных перевозок посвящена рассмотрению транспортных процессов при осуществлении мультимодальных перевозок грузов в крупнотоннажных контейнерах.
Вопросы логистики доставки грузов в условиях мультимодальных перевозок, в том числе в контейнерах, взаимодействия различных видов транспорта на грузовых терминалах и складах рассмотрены в работах Маликова О.Б., Резера С.М., Гаджинского А.М., Неруша Ю.М., Лимонова Э.Л., Галабурды В.Г., Паршиной Р.Н., Гозбенко В.Е. и других.
Глава включает анализ процессов передачи грузопотоков на терминально-логистических комплексах (ТЛК) как части цепи доставки экспортных грузов, занимающих значительную долю в общем объёме контейнерных перевозок.
Обоснован выбор экспортных тарно-штучных грузов, в том числе пакетированных, для дальнейших исследований, в силу их большей доли в общем объеме постоянно растущих перевозок грузов в крупнотоннажных контейнерах.
Проанализированы возможные варианты логистических цепей доставки грузов в крупнотоннажных контейнерах и обоснован выбор логистической цепи доставки грузов, которая является предметом исследования в диссертации (рис. 1).
Рис. 1. Логистическая цепь доставки экспортного груза Принятая для исследований логистическая цепь получила наибольшее распространение и является наиболее слабой с точки зрения обеспечения качественной доставки груза, поскольку возникают проблемы, связанные с появлением коммерческих неисправностей (повреждение груза и контейнера), несоблюдением сроков и удорожанием доставки грузов.
При планировании мультимодальной перевозки на этапе передачи грузопотока с автомобильного на железнодорожный транспорт (для следования в крупнотоннажных контейнерах) проблемными являются вопросы, связанные с операциями по загрузке контейнеров, креплению грузов в них и обеспечению информационного сопровождения перегрузки при осуществлении на ТЛК безбумажной технологии работы.
В результате переработки грузов на ТЛК изменяются параметры грузопотоков, такие как: величина партии груза, направление следования, форма поставки и др. Преобразование грузопотока, как правило, предусматривает изменение вида транспорта.
На основе анализа показателей грузопотоков предложена их классификация. Все показатели грузопотока разделены на пять групп:
стоимостные, характеризующие груз, временные, сохранности груза и технологические. Анализ показал, что из представленных пяти групп показателей грузопотока, стоимостные и технологические показатели рассматриваются на начальном этапе перевозки, определяя возможность преобразования грузопотока в целом. Показатели третьей группы (временные показатели) касаются решения вопроса возможности применения прямого варианта перегрузки груза. На последнем этапе показатели второй и четвертой групп, влияющие, в основном, на сохранность груза, включают само преобразование грузопотока, что и является предметом исследований.
В главе определены объекты и выделены технологические участки ТЛК для проведения исследований на этапе перегрузки грузов в крупнотоннажные контейнеры, для разработки методов обоснования выбора вариантов передачи грузопотоков с автомобильного на железнодорожный транспорт при мультимодальных перевозках, а также решения вопросов, связанных с повышением сохранности перевозимых грузов за счет их рационального размещения и крепления в крупнотоннажных контейнерах и документационного сопровождения.
Во второй главе Анализ факторов, влияющих на технологию переработки грузов в крупнотоннажных контейнерах на ТЛК при мультимодальных перевозках проведен анализ услуг по доставке грузов, который позволил определить основные требования, предъявляемые участниками перевозок к транспортным услугам на различных видах транспорта при мультимодальных перевозках. Представлены требования к технологическому процессу на ТЛК, для обеспечения возможности передачи грузопотоков при мультимодальной перевозке и обеспечению эффективного взаимодействия автомобильного и железнодорожного транспорта. Выделены основные критерии оценки технологического процесса, а именно: степень механизации и автоматизации перегрузочных работ; обеспечение требуемой производительности при производстве перегрузочных работ; выполнение требований безопасности труда и обеспечение сохранности груза при передаче грузопотока.
Вопросами технологии и организации перегрузочного процесса, планирования работы перегрузочных комплексов и портов, комплексной механизации погрузочно-разгрузочных работ занимались: Маликов О.Б., Степанов А.Л., Гуревич Г.Е., Ерофеев Н.И., Котов М.Ф., Механик Л.А., Фролов А.С. и другие.
Установлено, что существуют ограничения при передаче и преобразованию грузопотоков на ТЛК, связанные с невозможностью согласовать одновременный подход взаимодействующих видов транспорта и трудностью выбора способа перегрузки грузов (по прямому варианту или через склад). Рассмотрены факторы, определяющие возможность осуществления прямого варианта перегрузки грузов. Они разделены на три группы:
1) технологическое сопровождение (наличие и готовность перегрузочной техники и вспомогательных средств для обеспечения погрузочно-разгрузочных работ, обеспеченность рабочей силой, наличие средств крепления и др.);
2) документационное сопровождение (наличие разработанной технологии перегрузки планируемого грузопотока, предварительное заполнение перевозочных документов, заблаговременная разработка схем (эскизов) на размещение и крепление грузов в контейнерах;
3) информационное сопровождение (планирование подхода транспорта в рамках Единого технологического процесса, наличие данных о параметрах партий груза, использование контейнерных поездов, оперативное планирование работы).
Каждый из перечисленных факторов обеспечивает решение задачи по выбору варианта передачи грузопотока на ТЛК (при рассмотрении возможности, при оперативном планировании и непосредственно при подходе транспорта), а совместно позволяют решить вопрос о применении прямого варианта перегрузки грузов в целом и сделать этот технологический процесс целесообразным.
В рамках данной главы рассмотрен вопрос информационного сопровождения как одного из факторов, влияющих на возможность осуществления прямого варианта перегрузки грузов, определяющего возможность такой перегрузки в целом на этапе планирования перегрузочных работ.
Обоснованы мероприятия, направленные на организацию работы ТЛК по перегрузке грузов по прямому варианту, а именно: специализация зон производства перегрузочных работ; планирование производственной деятельности ТЛК; обеспечение достаточности и исправности перегрузочной техники; готовность перевозочных и прочих документов; обеспечение людскими ресурсами, крепежно-сепарационными материалами.
В третьей главе диссертации Оценка эффективности прямого варианта передачи грузопотоков с автомобильного на железнодорожный транспорт на ТЛК рассмотрены вопросы технологического и документационного сопровождения преобразования грузопотоков на ТЛК.
В главе проанализированы фронты перегрузочных работ на ТЛК и взаимодействие их составных частей при складском и прямом вариантах перегрузки различных грузов.
Анализ мероприятий, направленных на эффективную организацию производственной деятельности ТЛК, позволил установить, что существенным является обоснование производительности технологических линий перегрузки грузов и их количество с одновременным расчетом потребного количества перегрузочной техники, необходимой площади зон хранения грузов и числа одновременно обрабатываемых транспортных средств с обеспечением максимального совмещения основных грузовых операций со вспомогательными.
Для оценки эффективности осуществления прямого варианта перегрузки груза на ТЛК использован экономический критерий, представляющий собой разность удельных эксплуатационных расходов на перегрузку груза через склад и по прямому варианту в руб./т:
скл ск ск скл пр пр пр пр Э Эскл Эпр Эпрр Эхрл Эпрл ЭинфЭпрр Эхр Эпр Эинф, скл пр где Эпрр,Эпрр - затраты на погрузочно-разгрузочные работы соответственно при ск пр складском и прямом вариантах перегрузки грузов; Эхрл, Эхр - затраты, связанные с хранением груза соответственно при складском и прямом вариантах ск пр перегрузки грузов; Эпрл, Эпр - затраты на оплату сверхнормативного простоя транспортных средств соответственно при складском и прямом вариантах скл пр перегрузки грузов; Эинф, Эинф - затраты за пользование инфраструктурой ТЛК соответственно при складском и прямом вариантах перегрузки грузов.
Расчеты эффективности перегрузки грузов по прямому варианту выполнены применительно к группам грузов, относящихся к наиболее распространенным при контейнерных перевозках, а именно: пакетированные тарно-штучные грузы, биг-бэги, грузы в ящичной упаковке, бочки с различными жидкостями. При сравнении вариантов перегрузки грузов установлено, что разница себестоимости перегрузки грузов по вариантам составила в зависимости от вида груза от 5 до 45 %. Наибольшее снижение себестоимости погрузочно-разгрузочных работ (ПРР) достигается при обработке грузов в ящичной упаковке. Экономический эффект перегрузки рассматриваемых групп грузов по прямому варианту может составить в среднем 43 рубля на тонну груза. В частности, для пакетированных тарноштучных грузов на поддонах массой брутто 1150 кг себестоимость ПРР при складском варианте по сравнению с прямым возрастает со 167 до 256 рублей за тонну.
Как показали исследования, выбор варианта перегрузки обусловлен технической оснащенностью ТЛК, предъявляемым объемом грузов для перегрузки, организацией информационного и документационного обеспечения.
Готовность документации на погрузку и крепление грузов в контейнерах, знание технологии погрузки дают возможность планировать работу ТЛК, обеспечивая перегрузку грузов по прямому варианту. Для обеспечения документационного сопровождения перегрузки на ТЛК и эффективного взаимодействия автомобильного и железнодорожного транспорта при передаче грузопотоков предложено использовать готовую документацию в составе информационной базы данных. Рассмотрено существующее положение по организации согласования и управления технической документацией на размещение и крепление грузов, в том числе и в крупнотоннажных контейнерах.
Схема движения технической документации представлена на рис. 2.
Рис. 2. Схема движения технической документации на размещение и крепление грузов Установлено, что в настоящее время отсутствует чёткий порядок действий при согласовании документации, отсутствуют нормативы продолжительности отдельных процедур, возможности эффективно управлять согласованной документацией для реализации прямого варианта перегрузки грузов.
В этой связи предложено создать информационную базу документации на размещение и крепление грузов в вагонах и контейнерах (БДТУ). Предложена структура предлагаемой базы, принципы её создания, функционирования и обеспечения информационной безопасности.
Для отбора документации при создании БДТУ предложены критерии балльной оценки качества документации ТУ на основе принципов Системы менеджмента качества. Критерии для балльной оценки технической документации разделены на группы, относящиеся к оформлению чертежа, пояснительной записки, произведенным расчётам, обоснованности выбора подвижного состава, оптимальности технологии размещения и крепления грузов и обеспечению безопасности перевозки и сохранности грузов.
Представлены оценочные таблицы для осуществления отбора документации.
Экономический эффект от применения предложенного принципа документационного сопровождения перегрузки по прямому варианту может составить от 2 тыс. до 10 тыс. рублей на один контейнер с учетом снижения стоимости повторной разработки технической документации ТУ.
Четвертая глава диссертации Анализ сохранности перевозимых грузов в крупнотоннажных контейнерах раскрывает существующее положение с перевозками грузов в крупнотоннажных контейнерах на сети железных дорог РФ. В настоящее время наблюдается устойчивый рост контейнерных перевозок, связанный с появлением новых и развитием существующих контейнерных терминалов, а также с удобством доставки грузов таким способом, в том числе и при осуществлении мультимодальных перевозок экспортно-ориентированных грузов.
Произведен анализ предъявляемых к перевозкам в крупнотоннажных контейнерах грузов. Установлена номенклатура грузов, их геометрические и весовые характеристики. Наиболее распространенными (до 60 %) являются пакетированные тарно-штучные грузы с размерами от 0,8 до 1,2 метров и массой до 2,0 тонн, а также штучные грузы с размерами от 0,8 до 2,5 метров и массой до 4,0 тонн.
Исследованы коммерческие неисправности, представлены причины их возникновения, которые позволяют сделать вывод о состоянии безопасности перевозок грузов в крупнотоннажных контейнерах на сети железных дорог РФ.
В настоящее время вследствие ряда причин они могут представлять существенную угрозу безопасности движения, качеству доставки грузов, в том числе и при осуществлении мультимодальной перевозки грузов.
Частота выявленных и зафиксированных коммерческих неисправностей при перевозках грузов в контейнерах на сегодняшний день невелика. Это связано с отсутствием должного контроля в пути следования, трудностью обнаружения коммерческих неисправностей, незаинтересованность перевозчика производить дополнительные работы по их фиксации и устранению. Существенным является то, что большинство коммерческих неисправностей можно обнаружить только при выгрузке груза из контейнера.
Это также определяет существующее положение с тем, что общей статистики коммерческих нарушений нет. Однако, по данным, представленным частными компаниями, занимающимися перевозками грузов, удельный вес контейнеров с выявленными коммерческими неисправностями от общего числа перевезенных составляет в пределах 3 - 5%.
Анализ технологии перевозочного процесса и коммерческих неисправностей позволяет выделить факторы, определяющие сохранность перевозимых грузов и безопасность перевозки. К ним относятся такие факторы как: применяемые схемы размещения и крепления грузов в контейнере при их погрузке в контейнеры на ТЛК, применяемые средства механизации при погрузке, вид груза, тип и конструкция контейнера, определяя качество реализации схем погрузки грузов в целом.
При железнодорожной перевозке определяющими факторами сохранности груза и контейнера являются условия маневровых соударений вагонов, тип и конструкция подвижного состава, а также вид отправки груза в контейнерах (повагонная, групповая, маршрутная), что определяет величину динамических нагрузок при перевозке.
Анализ накопленного опыта по исследованию возникающих динамических нагрузок рам и кузовов вагонов, передача их от элементов вагонов грузу при железнодорожных перевозках позволил сделать вывод о схожести величин динамических нагрузок при перевозке грузов в контейнерах и принять их идентичными вследствие соединения крупнотоннажных контейнеров с кузовом вагона (рамой железнодорожной платформы).
Исследованиями установлено, что сохранность перевозимых грузов и безопасность перевозки грузов железнодорожным транспортом в контейнерах определяется следующими факторами, представленными на схеме (рис. 3).
Рис. 3. Факторы, определяющие сохранность перевозимых грузов и безопасность перевозки Выявлено, что управлять сохранностью перевозимых грузов и безопасностью перевозки можно только на этапе погрузки грузов в контейнер на ТЛК. При этом вид отправки грузов в группе или маршрутными поездами также существенно оказывает влияние на сохранность грузов и безопасность перевозки, так как уменьшается объем и характер маневровой работы с вагонами, снижая тем самым величину динамических нагрузок при перевозке.
В связи с этим целесообразно использовать маршрутные отправки контейнеров с грузом, в том числе для получения экономии при снижении количества применяемых средств крепления грузов и трудоёмкости их монтажа. Такие отправки можно организовывать, например, в Санкт-Петербургском железнодорожном узле при следовании контейнеров с терминалов, где производилась их погрузка, до морского порта.
Анализ существующих способов и средств крепления грузов в контейнерах позволил провести их классификацию с зависимости от: способа передачи нагрузки, по свойствам, по воздействию на груз и элементы контейнера, по оборачиваемости и трудоемкости монтажа.
В главе рассматриваются правила и опыт не только зарубежных железных дорог, но и морского и автомобильного транспорта, в силу мультимодального характера контейнерных перевозок. Дан обзор средств крепления, включая перспективные, которые не применяются на железных дорогах РФ, в силу отсутствия разрешающих документов их использовать и/или их дороговизны. Он показал, что основными средствами являются:
пневмооболочки, цепи, синтетические и стальные ленты.
Рассмотрены существующие способы размещения и крепления грузов в крупнотоннажных контейнерах, в том числе зарубежные. Установлено, что для железных дорог РФ основным средством являются элементы крепления из древесины (упорные, распорные рамы, щиты и т. п.).
В главе представлен обзор исследований в области размещения и крепления грузов в вагонах и транспортных модулях в РФ.
Исследованиям в области размещения и крепления грузов посвящены работы Ефимова Г.П., Хотина Б.М., Гохбома Е.Н., Тарлыкова В.И., Курочкина Г.П., Трусова В.А., Шинкаренко В.Н., Малова А.Д., Андреева В.М., Болотина В.А., Янковской Н.Г., Коровяковского Е.К., Туранова Х.Т., Псеровской Е.Д. и других ученых и специалистов. Анализ исследований показал, что в основном они выполнены для перевозок грузов на открытом подвижном составе.
Вопросами, касающимися перевозок грузов в крупнотоннажных контейнерах и исследованиями динамических нагрузок, действующих на груз и контейнеры, занимались: Бороненко Ю.П., Смирнов А.Н., Орлова А.М., Матюшин В.А., Шаринов И.Л., Харина О.А., Зверев М.В., Черников С.Ю. и другие. Проблеме же сохранности грузов в крупнотоннажных контейнерах не уделялось и не уделяется должного внимания, что объясняется расширением номенклатуры грузов, перевозимых в контейнерах, недавним появлением и стремительным ростом объёмов контейнерных перевозок в целом, что требует доработку действующих ТУ. Установлено, что уровень нагружения элементов крепления груза и конструкции контейнера недостаточно исследован, также с учетом классификации грузов и схем размещения и крепления, выбраны типовые схемы, для которых целесообразно производить исследование.
При рассмотрении мультимодальной перевозки различными видами транспорта выявлено, что наибольшее ускорение направленное вперед возникает при перевозке грузов железнодорожным транспортом и составляет до 5,0 g при нормативных значениях 2,0 - 3,0 g.
Как показал анализ, для исследования взаимодействия груза с элементами крепления и конструкцией крупнотоннажного контейнера используются различные методы: натурные испытания, испытания в лабораторных условиях, математические методы, а также компьютерное моделирование. В связи со сложностью процесса перевозок грузов в контейнерах, взаимодействия грузов с элементами крепления и контейнера для решения задачи повышения сохранности перевозок и проведения этого исследования целесообразно использовать метод компьютерного моделирования, который в настоящее время широко используется для изучения аналогичных процессов при исследованиях и проектировании конструкций вагонов.
Пятая глава диссертации Исследование процесса нагружения элементов крупнотоннажных контейнеров и крепления грузов на компьютерной модели раскрывает цели и этапность моделирования.
Для проведения моделирования выполнен обзор научноисследовательских работ в области нагружения и динамики подвижного состава и применяемых программных комплексов для этого, который позволил установить, что вопросом моделирования, связанного с перевозками грузов в контейнерах, до настоящего момента никто не занимался.
Для проведения исследований динамических нагружений элементов крепления и конструкции контейнеров при железнодорожных перевозках, был произведен обзор программных комплексов, которые дают возможность моделировать различные физические процессы, в том числе соударения вагонов при маневрах, которые раньше можно было проводить только с помощью натурного эксперимента.
Произведен анализ схожих исследований, использующих выбранные методы моделирования только при расчетах конструкций вагонов и моделирования систем, связанных с железнодорожными перевозками, которые подтвердили возможность использования данных способов при исследованиях в диссертационной работе.
Для решения задач диссертационного исследования, таких как оценка надежности крепления грузов, обеспечение сохранности контейнеров при перевозке, был выбран программный комплекс SolidWorks и его модуль Simulation, в котором метод конечных элементов (МКЭ) является основополагающим расчетным методом.
Представлено описание работы программного комплекса и этапы создания компьютерной модели стандартного крупнотоннажного контейнера типа 1 СС (20Т DC). Компьютерная трехмерная модель представляет собой копию реального контейнера в компьютерной среде, позволяющую исследовать процесс взаимодействия груза, элементов крепления и контейнера при перевозках по железным дорогам, в том числе в режиме маневровых соударений.
Представлены расчетные методы и уравнения, применяемые для решения задач в модуле Simulation среды SolidWorks, определен метод решения системы уравнений в процессе моделирования. Рассмотрен расчет нелинейных задач применительно к моделированию возникающих нагрузок при железнодорожных перевозках, так как данная задача характеризуется нелинейной зависимостью между действующими параметрами и реакцией на них модели во времени.
Отдельная задача решалась для установления входных данных и граничных условий на основе выполненных ранее исследований и после обзора литературных источников.
Для установления граничных условий и параметров процесса моделирования был выполнен анализ существующей технологии перевозок и результатов имеющихся экспериментальных исследований перевозки грузов в контейнерах.
Для исследования приняты схемы одно- и двухъярусной погрузки пакетированных тарно-штучных грузов с полным заполнением ярусов, являющиеся наиболее распространенными, и имеющие возможность исследования поставленных задач в большем объеме.
В процессе исследования на модели, согласно методике автора для её применения, учитывались параметры элементов крепления, груза, конструкции контейнера. Варьировалась масса груза, количество грузовых мест, ярусность погрузки, заданные нагрузки в зависимости от силы трения груза по полу (нижнему ярусу груза), площадь контакта груза с элементами контейнера, крепления и время действия нагрузки.
Для оценки адекватности разработанной компьютерной модели контейнера с грузом реальным условиям эксплуатации использовались результаты испытаний компьютерной модели контейнера по методике, предусмотренной ГОСТ Р 51876-2008, реальные данные по возникшим коммерческим неисправностям, которые привели к деформациям стенок контейнера, а также результаты динамических испытаний контейнеров с различными грузами.
Так, результаты испытания компьютерной модели в соответствии с методикой, предусмотренной ГОСТом, показали, что упругие деформации конструкции контейнера находятся в пределах, отсутствует остаточная деформация передней торцевой и боковых стенок лиспытываемого контейнера и обеспечивается продольная жесткость конструкции.
Сравнение данных по величинам деформаций передних торцевых стенок контейнера в случаях зарегистрированных коммерческих неисправностей с аналогичными данными на компьютерной модели показало, что расхождение результатов не превышает 10-15 %.
Таким образом, подтверждена работоспособность разработанной модели контейнера, что позволяет использовать её для решения поставленных в диссертационном исследовании целей по определению прочности применяемого крепления груза, влияния его конструкции на сохранность груза и контейнера.
По результатам выполненного моделирования в зависимости от варианта погрузки груза в контейнере (в один или два яруса), массы груза, наличия его крепления и силы действующей на это крепление (элемент контейнера) получены значения перемещения груза, элементов контейнера и крепления груза (если используется). Производился многовариантный расчет при различных площадях контакта груза, элементов крепления и контейнера, а также местах приложения нагрузок. Наиболее показательные результаты исследований представлены в табл. 1.
Таблица один без крепления остаточная 1 109 мм есть ярус 26 тонн/182801 Н деформация 49 мм один с креплением 2 43 мм нет - ярус 26 тонн/182801 Н два без крепления остаточная 3 182 мм есть яруса 26 тонн/182801 Н деформация 121 мм два с креплением остаточная 4 72 мм есть яруса 26 тонн/182801 Н деформация 38 мм Анализ результатов дал возможность сгруппировать возникающие усилия по степени воздействия на элементы крепления груза или непосредственно на элементы крупнотоннажных контейнеров. Критерием оценки различных конструкций крепления при моделировании было принято отсутствие остаточной деформации несущих элементов контейнера.
Результаты, полученные при моделировании, позволили определить наиболее приемлемую конструкцию крепления (ограждающего щита) в прочностном и в стоимостном отношении, также выявлено, что в ряде случаев, при загрузке контейнера грузом в два яруса до полной грузоподъёмности контейнера, используемое крепление в виде щитов не обеспечивает сохранность передней торцевой стенки контейнера.
Анализ результатов исследований показал, что необходимо усиление крепления грузов на уровне средней части стенки контейнера (низа второго яруса погрузки). При доставке грузов контейнерами в маршрутных поездах крепление грузов можно значительно облегчить, что подтверждает значительный опыт в подобных перевозках и многочисленные мнения экспертов.
Результаты исследований на компьютерной модели были проверены № п/п Наличие величина остаточной груза, масса деформации Примечание груза/сила от перемещения Максимальная действия груза один/два яруса Схема погрузки в Наличие крепления экспериментально в ходе натурных испытаний. Испытания проводились при участии автора в 2011 - 2012 годах на территории предприятий, примыкающих к Октябрьской железной дороге. В главе представлены схемы размещения и крепления представленных грузов в крупнотоннажных контейнерах. Варианты установки регистрирующей аппаратуры и датчиков показаны на рис. 4.
Рис. 4. Варианты установки датчиков на грузе и контейнере На испытаниях подвергались проверке способы размещения и крепления пакетов цветных металлов и каучука в крупнотоннажных контейнерах, а именно, производились соударения с группой неподвижно стоящих вагонов.
При проведении испытаний использовалась регистрирующая аппаратура, которая позволила измерить величины ускорения груза, определить его поведение, а также зафиксировать величины смещения груза относительно контейнера и грузов между собой.
Установлено, что длительность импульса нагружения элементов крепления и контейнера при натурных испытаниях составила 0,6 - 1,4 с. Анализ графиков ускорений грузовых мест при натурных испытаниях показал, что величина ускорений возрастает при увеличении скорости соударения, в диапазоне скоростей соударения 2,0 - 9,0 км/ч, продольные ускорения, действующие на груз, составляют 2,0 - 5,0 g.
Натурные испытания показали, что величины продольных ускорений грузовых мест зависят от места расположения груза по длине и высоте контейнера. Установлено, что ускорения грузов первого яруса погрузки меньше, чем второго примерно на 12 %. Продольные ускорения грузовых мест у торцовой стенки контейнера (со стороны удара) больше величин ускорений грузов, расположенных в средней части и у дверей контейнера, примерно на и 15 % соответственно.
Величина смещения груза в продольном направлении достигала 20 - 2мм при скоростях соударения 3,0 - 9,0 км/ч. Установлено, что характер перемещений груза при натурных испытаниях аналогичен характеру продольных перемещений, полученных на модели, а их величина находится в интервале величин 50 - 150 мм.
При сравнении данных исследований на модели и при испытаниях на соударения прослеживалось соответствие реакции элементов крепления и несущих элементов контейнера на действие от груза.
Установлено, что грузы, помимо продольного смещения в сторону удара, также испытывают вертикальное перемещение (подпрыгивание) и поворот.
Фрагмент записанных регистрирующей аппаратурой величин ускорений грузов направленных продольно, поперечно и вверх представлен на рис. 5.
Рис. 5. Фрагмент графика, описывающего поведение груза при натурных испытаниях Характер нагружения груза, элементов крепления груза и контейнера на модели соответствует по временным параметрам и форме известным данным, подтвержденным, в том числе на проведенных с участием автора натурных испытаниях.
Малый период действия таких нагружений обуславливает то, что максимальные значения силовых значений в 4,0 - 5,0 g не успевают проявиться.
В связи с этим для практического расчета крепления грузов принимаются средневзвешенные значения, которые и положены в норматив. Практика перевозок не выявила того, что расчеты нужно производить на большую нагрузку. Компьютерная модель позволила оценить достаточность крепления груза с учетом реального нагружения в течение короткого времени, а также при различной площади контакта груза и элементов крепления (контейнера), местах контакта (низ, середина, верх стенки контейнера).
Сравнения результатов испытаний подтверждают хорошую качественную и количественную сходимость динамических процессов на модели и происходящих при натурных испытаниях. Все это дает основание сделать заключение о достоверности разработанной модели, соответствующей реальным динамическим процессам, происходящим при соударении вагонов, и определяет возможность её использования при проверке способов размещения и крепления грузов на стадии их разработки.
Даны рекомендации по расположению элементов крепления для снижения напряженно-деформированного состояния несущих элементов контейнера, даны предложения по размещению и креплению грузов в крупнотоннажных контейнерах при их погрузке и креплении на ТЛК.
Исследованиями установлено, что при изменении режима перевозок (использование маршрутных отправок) в результате отсутствия переработки вагонов на сортировочных горках и уменьшения количества маневровых операций в целом, конструкция крепления груза в контейнере может быть облегчена на 30 - 40 %, что позволяет снизить затраты на средства крепления грузов и трудоёмкость их монтажа на ТЛК.
На основе анализа опыта загрузки контейнеров и произведенного крепления грузов различными грузоотправителями, положительных отзывов грузополучателей и отсутствия при этом претензий по обеспечению качества перевозки и сохранности груза от ОАО РЖД, а также на основе проведенных исследований предложено использовать: синтетическую ленту для крепления груза, разделение массива груза по длине контейнера на группы, резиновые маты и пневмооболочки с целью увеличения силы трения груза о поверхность пола.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ Выполненные исследования позволяют сделать следующие основные выводы:
1. Выбор способа передачи грузопотоков на ТЛК по прямому варианту или с хранением на складе должен производиться с учетом технического и технологического обеспечения на ТЛК, потребностью в ускорении передачи грузопотоков, обеспечиваемой эффективностью и целесообразностью при этом;
2. Прямой вариант перегрузки грузов эффективен в 60-70 % случаев, рассмотренных автором, при надлежащей организации взаимодействия двух видов транспорта, что позволяет снизить расходы ТЛК на перегрузочные работы и себестоимость доставки грузов при мультимодальной перевозке;
3. С целью повышения эффективности прямого варианта передачи грузопотоков с автомобильного на железнодорожный транспорт на ТЛК целесообразно создать базу данных технической документации на размещение и крепление грузов в контейнерах с учетом балльной оценки качества такой документации;
4. Предложенная компьютерная модель крупнотоннажного контейнера может быть использована при проверке способов размещения и крепления грузов в крупнотоннажных контейнерах, с её помощью также может быть исследовано влияние конструкции крепления на напряженно-деформированное состояние контейнера при железнодорожных перевозках в различных режимах;
5. Разработаны рекомендации по расположению элементов крепления груза для снижения напряженно-деформированного состояния элементов контейнера и предложения по размещению и креплению грузов в крупнотоннажных контейнерах при их погрузке и креплении на ТЛК, способствующие повышению уровня безопасности перевозок и сохранности перевозимых грузов и контейнеров;
6. Установлено, что при следовании контейнеров с грузами в составе маршрутных поездов крепление грузов в контейнерах может быть облегчено, вследствие отсутствия переработки вагонов на сортировочных горках и уменьшения количества маневровых операций в целом, что подтверждено практикой перевозок и позволяет получить экономию на применяемых средствах крепления грузов и снижении трудоёмкости монтажа этого крепления;
7. Результаты диссертационного исследования могут быть использованы ОАО РЖД, грузоотправителями, транспортно-экспедиторскими компаниями, а также ПГУПС в учебном процессе.
ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:
Список трудов, опубликованных в изданиях, входящих в перечень рекомендованных ВАК РФ 1. Алиев Г.Н., Анализ коммерческих браков и нарушений при перевозках грузов в крупнотоннажных контейнерах на сети железных дорог Российской Федерации // Известия Петербургского университета путей сообщения, СПб. : ПГУПС, 2010. - № 4 (25). - с. 37 - 2. Алиев Г.Н., Балльная оценка технической документации на размещение и крепление грузов в вагонах при создании электронной базы данных // Вестник Ростовского университета путей сообщения, Ростов-на-Дону. : РГУПС, 2011. - № 1(41). - с. 111 - 13. Алиев Г.Н., О создании модели крупнотоннажного контейнера // Бюллетень транспортной информации: Информационно-практический журнал/ Нац. ассоц.
транспортников. - М.: Агентство Информбанк, 2011. - № 10 (196). - с. 32 - 4. Алиев Г.Н., Компьютерное моделирование для контейнерных перевозок // Железнодорожный транспорт: Научно-теоретический и технико-экономический журнал. - M.: Трансжелдориздат, 2012. № 4. - с. 53 - 54.
Другие публикации 5. Алиев Г.Н., Болотин В.А., Основные направления повышения безопасности и сохранности перевозки грузов на основе системы менеджмента качества ISO 9001:2000 // Актуальные проблемы управления перевозочным процессом: выпуск 9. Сборник научных трудов. - СПб. : ПГУПС, 2009 - с. 57 - 6. Aliev G., Implementation of quality management system in JSC RZD. QMS actually applied by railways of the Russian Federation // Final report of cross-border project called Development of logistics for supplier net models (Lognet)/ ed. : O. -P. Hilmola. - Lappeenranta, Finland : Lappeenranta university of technology, 2009. Research Report 215. - p. 51 - 64.
Алиев Г., Внедрение системы менеджмента качества в ОАО РЖД. СМК на железных дорогах РФ в настоящее время / Развитие логистики для поставщиков сетевых моделей (Lognet). - Лаппеенранта, Финляндия. Университет технологий, 2009. - с. 51 - 64.
7. Алиев Г.Н., Перспективные способы перевозки и крепления грузов в крупнотоннажных контейнерах на железных дорогах Российской Федерации // Актуальные проблемы управления перевозочным процессом: выпуск 10. Сборник научных трудов. - СПб. : ПГУПС, 2010 - с. 16 - 8. Алиев Г.Н., Порядок включения технической документации на размещение и крепление грузов в вагонах при создании базы данных // Энергетика, информатика, инновации - 2011: Сборник трудов международной научно-технической конференции. Том 2. - МЭИ (ТУ). - Смоленск, 2011. - с.198 - 29. Алиев Г.Н., Моделирование режимов нагружения несущих элементов крупнотоннажных контейнеров при железнодорожных перевозках // Инновации на основе информационных и коммуникационных технологий. ИНФО-2011: Материалы VIII международной научно-практической конференции. - МИЭМ (ТУ). - М., 2011. - с. 229 - 210. Алиев Г.Н., Трехмерная модель крупнотоннажного контейнера в программном комплексе SolidWorks // Компьютерные науки и технологии. КНиТ-2011: Сборник трудов II международной научно-технической конференции. - ООО ГиК. - Белгород, 2011. - с.16 - 11. Алиев Г.Н., Прямой вариант перегрузки при мультимодальных перевозках с учетом информационного обеспечения в рамках единого технологического процесса // Инновационные информационные технологии. I2T-2012: Материалы I Международной научно-практической конференции. - МИЭМ (ТУ). - М., 2012. - с. 500 - 5Подписано к печати 19.11.2012 г. Печ.л.-1,Печать - ризография. Бумага для множит.апп. Формат 60х84 1/Тираж 100 экз. Заказ № Тип. ПГУПС 190031, С-Петербург, Московский пр.
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям