Close

31.12.2017

Очищення стінок залізничних вагонів з використанням магнітно-імпульсних установок ІМ

Очищення стінок залізничних вагонів з використанням магнітно-імпульсних установок ІМ

Завдяки своїй єфективності та довговічності магнітно-імпульсни установки стали гідною заміною електромеханічних вібраторів та різного роду пневмосистем

Укрзалізниця займається перевезенням багатьох вантажів, серед них — камʼяне вугілля, кокс,
сировина для металургійної і будівельної промисловості та інше. Перевезення здійсню-
ються протягом всього року, незалежно від погодних умов, тому залізниця має вирішувати багато проблем, зокрема, змерзання та прилипання сипучого вантажу до стінок вагонів. Для запобігання змерзання вантажу використовують профілактичні методи, але вони мають ряд недоліків та не завжди виправдовують себе у технічно-економічному відношенні.

Для поновлення сипучості вантажу перед вивантаженням використовують розігрів вантажу та вагону, що потребує довгого часу на розморожування, фінансових витат на спорудження тепляків та значних енерговитрат при експлуатації, механічне подріблення за допомогою буро-фрезерних, віброударних установок та засобів різного типу, ручне очищення, що призводить до пошкодження внутрішних стінок вагону та збільшує виробничий травматизм.

Для забеспечення збереження рухомого складу, безпеки виконання розвантажувальних робіт, підвищення економічної ефективності, збільшення пропускної здатності розвантажувальних ділянок доцільним є застосування засобів, які поновлюють сипучість вантажів за короткий термін без використання додаткового персоналу і при цьому не пошкоджують вагони.

В останній час найбільш перспективною, тому й найбільш обговорюваною є тема використання устаткування, що створене на основі магнітно-імпульсного ефекту. Саме магнитно-імпульсні установки завдяки своїй єфективності та довговічності стали гідною заміною електромеханічних вібраторів та різного роду пневмосистем, що традиційно використовувались для обвалення сводів та очищення стінок бункерів, течек, силосів, тощо від налиплих або примерзлих сипких матеріалів (Фото 1). Але щодо застосування таких установок на рухомому складі залізничного транспорту, окрім впроваджень на рівні експериментальних випро-
бувань, справа не доходила. Це повʼязано з багатьма чинниками, головні з яких наступні:
•необхідність забеспечення ефективної, надійної та довговічної роботи магнітно-імпульсних установок;
• складність підведення, притискання та надійної фіксації виконавчих механізмів установок до бічних стінок вагонів;
• необхідність забеспечення можливості безперешкодного та безпечного переміщення робочого
персоналу вздовж вагону;
• необхідність забеспечення швидкості та зручності використання;
• необхідність забеспечення відсутності пошкодження вагонів;

В існуючих технічних рішеннях, розроблених деякими підприємствами, до бічних стінок вагона
прикладають одиночні механічні імпульси, які формуються за допомогою імпульсних пристроїв, що розташованi в місці вивантаження з боків залізничного полотна.

При цьому індуктор з якорем, які входять до составу імпульсних пристроїв, до очищуваної поверхні підводять, притискають та фіксують електромеханічним приводом або силовими пневмо- чи гідроцилінрами, а реакцію імпульсного впливу сприймає, відповідно, система
демпфування або система ламких важелів і шарнірів.

Недоліками таких рішень є складність конструкції, недовговічність пристроїв, що підводять, притискають та фіксують, недостатня ефективність імпульсного впливу.

Відомі також спроби створення пристроїв для очищення від налиплих або примерзлих насипних вантажів внутрішніх поверхонь піввагонів на роторному вагоноперекидачі. Так, в одному з них виконавчі механізми, до складу яких входять індуктори з якорями, розташовані у наскрізних вирізах привалкової стінки вагоноперекидача, а підвід, підтискання та фіксація виконавчих механізмів до бічної стінки піввагона здійснюється електромеханічним приводом
з системою демпфування. Недоліками цього пристрою є низька надійність та недовговічність електромеханічного приводу, що має сприймати імпульсне навантаження порядку кількох тонн від сили, що виникає між індуктором та якорем. Необхідність переміщення в просторі на досить великі відстані виконавчого механізму та пов’язана з цим неможливість забезпечення
необхідної величини жорсткості опори, що сприймає силу реакції індуктора, обумовлюють недостатню ефективність пристрою. Крім того, неможливість забезпечити обробку обох стінок піввагона за допомогою даного пристрою істотно знижує якість очищення.

Науково-виробниче підприємство «МІТЕК», що займається магнітно-імпульсними технологіями на протязі майже 25 років, має досвід успішного впровадження більше, ніж 500 установок ІМ власного виробництва у 12-ти країнах світу, на протязі своєї діяльності також неодноразово торкалась цього питання. Детальну інформацію щодо підприємства «МІТЕК», принципу дії, складу і практики застосування магнітно-імпульних установок ІМ можна отримати на нашому сайті www.mitek.com.ua.

Виходячи з необхідності врахування означенних вище чинників, спеціалістами підприємства
закладені основи для створення пристроїв по відновленню сипучості та очищенню бічних стінок вагонів при їх донному розвантаженні та за допомогою вагоноперекидача у вигляді двох запатентованих способів, розроблено ціле сімейство пристроїв на базі магнітно-імпульсних установок, які реалізують ці способи.

Згідно з першим з вказаних способів (патент України №100621), на відміну від відомих рішень, де механічні імпульси прикладають до ділянок обшивки, розташованих між стійками вагонів, імпульсній дії піддаються саме стійки вагонів. Дійсно, при виконанні дії на обшивку вагону стійки поширенню імпульсного впливу перешкоджають стійки, що мають більшу за обшивку жорсткість.

Це потребує збільшення кількості точок прикладання імпульсної дії як по довжині, так і по висоті вагону. Крім того, ділянки обшивки вагона між стійками часто бувають не плоскими як в силу своєї конструкції (рельєфна обшивка в піввагонах), так і у зв’язку з механічними ушкодженнями, що виникли в ході тривалої експлуатації вагонів, у результаті чого притиснення індукторів до них утруднене. Існує також проблема передозування імпульсної дії на порівняно тонку обшивку з наступною її деформацією, що є неприйнятним з погляду збере-
ження цілісності вагону. При здійснені ж імпульсної дії на стійки вагонів з’являється можливість збуджувати коливань поверхонь бічних стінок вагону набагато більшої площі, що істотно підвищує ефективність очищення.

Крім того, оскільки міцність стійок вище за міцність обшивки, це дозволяє прикладати до бічної поверхні вагона механічні імпульси істотно більшої амплітуди, не порушуючи цілісність вагону, але здійснюючи більш ефективне його очищення.

Згідно з цим способом, для здійснення процесу очищення внутрішніх поверхонь вагону від налиплих або примерзлих сипучих матеріалів до кожної пари суміжних стійок, що розташовані на бічних стінках вагону, притискають горизонтально орієнтовану балку, довжина якої
достатня для притиснення до двох суміжних стійок. Потім механічними імпульсами діють на вказані стійки через цю балку, виконуючи очищення внутрішніх поверхонь вагона від налиплого або примерзлого матеріалу. Вибір довжини балки забезпечує гарантоване її притиснення до стінки вагону без будь-яких перекосів як мінімум у двох точках і, одже, можливість передачі механічних імпульсів на стінку вагону від імпульсних пристроїв, що їх реалізують. Здійснення імпульсної дії одночасно на дві стійки призводить до того, що пружній деформації від одного імпульсу піддається значно більша поверхня бічних стінок вагону, що включає ділянки обшивки як між стійками, так і ділянки обшивки за межами стійок. Завдяки досить високій жорсткості стійок імпульсна дія поширюється по всій довжині стійок, збуджуючи коливання у всіх прилягаючих до стійок елементів обшивки по висоті вагону.

Збудження коливань поверхні набагато більшої площі істотно підвищує як ефективність очищення, оскільки руйнується цілісність шару налиплого або примерзлого сипучого матеріалу не точково, а на великій площі, так і швидкість очищення, оскільки потрібна набагато менша
кількість точок прикладання імпульсної дії.

Реалізація способу можлива як при донному розвантаженні, так і в складі вагоноперекидача. Один з варіантів застосування при донному розвантаженні, який є захищеним патентом України №100623, представлений на фото 2 у вигляді експериментального зразку.

В цьому пристрої виконавчі механізми магнітно-імпульсної установки, що складаються з індуктора та якоря, з пристріями підведення розмішенні на кількох рамах, що встановлені з боків залізничного полотна. Пристрої підведення виконані у вигляді двох прилеглих один до
другого скошеними боками клинів, виготовлених з металевого профілю. Один з клинів нерухомий та спирається своїм більшим боком на вертикальну стійку рами, другий
клин рухомий та за допомогою піднімального механізма здійснює переміщення у вертикальному напрямку.

Напроти пристрою підведення на гнучкій підвісці підвішений виконавчий механізм імпульсної установки з закріпленою до нього горизонтально орієнтованою балкою. Доцільним є закріплення на двох вертикальних стійках рами з обох сторін вагону один напроти другого
двох виконавчих механізмів та спрацюванні їх синхронно.
Після подання залізничного вагона до місця розвантаження й встановлення його напроти пристрою для очищення за допомогою піднімального механізму здійснюється опускання рухомого клина. При цьому він сковзає своїм скошеним боком по скошеному боку нерухомого
клина та входить у проміжок між виконавчим механізмом імпульсної установки й нерухомим клином. Протягом опускання клина відбувається переміщення виконавчого механізму у горизонтальному напрямку до притиснення балки до двох стійок вагону. Після цього через
виконавчий механізм пропускається імпульсний струм від магнітно-імпульсної установки. Взаємодія струмів, що протікають через обидві частини виконавчого меха-
нізму, призводить до виникнення сили, яка розштовхує елементи виконавчого механізму, здійснюючи імпульсну дію на бічну стінку вагона. Імпульсна дія збуджує пружні коливання стінок вагона, роблячи їх очищення від налиплого або примерзлого сипкого матеріалу.

Необхідною умовою ефективної роботи пристрою є забезпечення стійкості та жорсткості рами, що сприймає реакцію імпульсної дії від виконавчих механізмів магнітно-імпульсної установки. Основи вертикальних стійок рами на рівні залізничного полотна можуть бути закріплені за допомогою заглиблених залізобетонних конструкцій, похилих упорних стійок або інших техніч-
них засобів, що забезпечують надійну опору. Однак, з огляду на те, що можливий рівень місць імпульсної дії знаходиться на різній висоті від нижньої до верхньої поздовжніх бічних балок вагону, а простір для розміщення похилих упорних стійок може бути обмежений, складно забезпечити необхідну жорсткість рам, що закріплені тільки в нижній своїй частині. В цьому випадку доцільним є використання горизонтальних балок, які розташовані на висоті, що перевершує висоту вагону, та жорстко зв’язують вертикальні стійки рами. При цьому для зрівноважування сил, що діють на вертикальні стійки, імпульсну дію двома виконавчими механізмами на бічні стінки вагона необхідно здійснювати синхронно. Крім того, якщо існує можливість розміщення другої горизонтальної балки, що проходить під залізничним полотном
та жорстко з’єднує вертикальні стійки рам у нижній їхній частині, то відпадає необхідність використання потужних залізобетонних конструкцій й похилих упорних стійок, що істотно спрощує конструкцію та зменшує габарити пристрою для очищення вагонів.

Для реалізації зазначеного способу на вагоноперекидачі, згідно з патентом №100622, між суміжними рядами гумових плит, якими є футерованим металевий плоский лист привальної стінки зі сторони, що звернена до піввагону, створюють зазор та горизонтально
орієнтовану балку встановлюють в цей зазор. Балка притискається до плоского листа привальної стінки за допомогою вузлів на основі пружинних елементів, а на привальній стінці зі зворотної сторони встановлені виконавчі механізми магнітно-імпульсної установки,
принаймні по одному на кожну балку. Одна частина виконавчих механізмів жорстко закріплена відносно плоского листа, інша частина жорстко закріплена відносно балки через проставку, пропущену крізь отвір у привальній стінці.

Після перекидання піввагон однією зі своїх бічних стінок лягає на плоский лист привальної стінки, що є футерованим гумовими плитами. При цьому стійкі піввагона, що виступають за межі загальної поверхні бічної стінки, проминають гумові плити до упору у горизонтально орієнтовану балку. Після пропускання імпульсного струму через котушку виконавчого
механізму дві його частини розштовхуються під дією магнітного поля, що виникає в зазорі між ними. Одна з частин виконавчого механізму жорстко закріплена до плоского листа привальної стінки, що посилений ребрами жорсткості та має істотно більшу в порівнянні з бічною поверхнею піввагона жорсткість і тому сприймає реакцію імпульсного впливу. Друга частина виконавчого механізму, відштовхуючись від першої частини, через проставку і балку здійснює силову імпульсну дію на стійки піввагона. Пружна деформація, що виникає в стійках, поширюється по всій їхній довжині, збуджуючи коливання в прилягаючих ділянках обшивки піввагона по обидві сторони кожної з підданих імпульсній дії стійок і по всій висоті піввагона.

Збудження пружних коливань на великій площі бічної поверхні піввагонів призводить очищення їхніх внутрішніх поверхонь від налиплого або примерзлого сипучого матеріалу.
Суть другого з вказаних вище способів, згідно с патентом України №111179, полягає в тім, що на
поверхню вагонів діють одиночними механічними імпульсами, які формують за допомогою імпульсних пристроїв, розташованих у місці вивантаження з боків залізничного полотна. Механічні імпульси формують за допомогою бойків, які метають імпульсними пристроями, стаціонарно встановленими на відстані від залізничного полотна, що дозволяє безперешкодне
проходження уздовж бойків залізничних вагонів будьякої ширини, забезпечують задану траєкторію переміщення бойкiв від імпульсних пристроїв до стінки вагона та після зіткнення з поверхнею вагона здійснюють повернення бойкiв у первинне положення.

У первинному положенні бойки примикають до імпульсних пристроїв і можуть переміщатися відносно них. При спрацьовуванні імпульсних пристроїв бойкам передається імпульс сили, під дією якого бойки з великою швидкістю переміщуються в напрямку до бічних стінок вагона. Траєкторію переміщення задають за допомогою напрямних, підвісів або інших засобів. У момент досягнення бойками стінок вагона імпульс сили бойків передається бічним стінкам вагона, у яких виникає пружна деформація, що призводить до руйнування зв’язків між
налиплими або примерзлими сипкими матеріалами й стінками вагона та до подальшого очищення стінок.

Після зіткнення бойків зі стінками вагона здійснюють повернення бойків у первинне положення за допомогою зворотних пружин або з використанням сили ваги.
Завдяки можливості вільного переміщення бойків вiдносно імпульсних пристроїв метання бойків може бути здійснене на відстань до одного метра зі збереженням величини кінетичної енергії бойків, що достатня для здійснення ефективної дії на стінки вагона. Це дозволяє встановлювати імпульсні пристрої на відстані від залізничного полотна, що забезпечує безперешкодне проходження вагонів будь-якої ширини з урахуванням можливої наявності додаткових виступаючих частин у вигляді сходів, поручнів, а також, якщо буде потреба, забезпечувати безперешкодне проходження обслуговуючого персоналу між вагоном
та імпульсними пристроями.

У процесі очищення внутрішніх поверхонь вагонів, крім досягнення власне ефекту очищення, важливим є забезпечення збереження цілісності стінок вагонів.

При відсутності в конструкції вагонів спеціальних ділянок для нанесення ударів з метою очищення від налиплих або примерзлих сипких матеріалів, металеві бойки можуть бути оснащені удароміцними неметалевими наконечниками, що виготовленi, наприклад, з гуми, поліуретану, капролону. Така конструкція бойків дещо знижує ефективність силового імпульсного впливу, але це може бути компенсовано збільшенням розрядного струму через індуктор, однак виключає можливість завдання ушкоджень стінкам вагону.
При реалізації другого способу на вагоноперекидачі згідно с патентом України №110225 пристрій має вигляд компактної конструкції, яка містить індуктор, якір з закріпленим на ньому бойком подовженої форми, одну чи кілька напрямних та механізм повернення
на базі зворотної пружини. Конструкція закріплена до привальної стінки зі зворотньої по відношенню до вагону сторони. Бойки рухаються скрізь вирізи у привальній стінці.
В разі необхідності обробки обох бічних стінок піввагону вагоноперекидач може бути оснащеним повздовжньою фермою, що закріплюється до платформи для встановлення піввагонів, на якій розміщені аналогічні розташованим на привалковій стінці конструціі з виконавчими механізмами магнітно-імпульсних установок.
До слова, останній варіант виконання пристрою є єдиним реалізованим підприємством «МІТЕК» у вигляді промислового зразку. Так, у 2012 році разом з конструкторським відділом Зуєвського енергомеханічного заводу було розроблено проект оснащення вагоноперекидача магнітно-імпульсною системою ІМ, який було втілено при виробництві двох роторних
вагоноперекидачів для Черепетської ДРЕС. На фото 3 представлено вигляд зсередини вагоноперекидача с системою очистки. У 2015 році один з цих перекидачів було змонтовано та він з успіхом експлуатувався разом з магнітно-імпульсною системою очистки.

На протязі останніх років, коли магнітно-імпульсна система очищення різних ємностей, в першу чергу, завдяки підприємству «МІТЕК», набула статусу загальновизнаної, до нас постійно звертаються як підприємства, що експлуатують вагоноперекидачі, так і підприємства, у виробничому процесі яких має місце донне розвантаження вагонів, з проханням застосувати установки ІМ для очищення стінок залізничних вагонів різного типу.

Пропонуємо зацікавленим проектним організаціям співпрацю з проектування дільниць для донного розвантаження вагонів з використанням магнітно-імпульсних установок. Запрошуємо до співпроці підприємства, що готові надати свої розвантажувальні дільниці для проведення дослідно-експериментальних робіт по апробації різних варіантів технічних рішень з застосуванням установок ІМ в прив’язці до існуючих умов та технології розвантаження.
Підприємство «МІТЕК» також націлено на тривале взаємовигідне співробітництво з розробниками та виготівниками вагоноперекидачів з метою організації серійного випуска вагоноперекидачів, що вкомплектовані магнітно-імпульсною системою очищення залізничних піввагонів.
Запрошуємо до конструктивного діалогу підприємства, які зацікавлені у обговоренні та вирішенні позначеної у цій статті проблеми.

Борткевич Сергій Павлович, Головний інженер ТОВ НВП «МІТЕК»
Матвієнко Олег Володимирович, Директор ТОВ НВП «МІТЕК»
Науково-виробниче підприємство «МІТЕК»
54018, Україна, м. Миколаїв, вул. Дмитра Яворницького, 24А
Телефон/факс (+38 0512) 21-21-93
e-mail: info@mitek.com.ua
Передруковано за згодою автора
www.mitek.com.ua

Журнал «Залізничне постачання» — Серпень 2017 року