На правах рукописи

БОНДАРЕНКО ЕКАТЕРИНА МИХАЙЛОВНА

ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНОГО СПОСОБА ПЕРЕВОЗКИ

ОПАСНЫХ ГРУЗОВ В ПОЛИМЕРНОЙ ТАРЕ

05.22.08 «Управление процессами перевозок»

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук

Санкт-Петербург – 2013

Работа выполнена на кафедре «Логистика, коммерческая работа и подвижной состав» Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Сибирский государственный университет путей сообщения»

Научный руководитель: Заслуженный работник транспорта РФ, доктор технических наук, профессор Островский Анатолий Михайлович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор кафедры «Логистика и коммерческая работа»

ФГБОУ ВПО «Петербургский государственный университет путей сообщения»

Маликов Олег Борисович доктор военных наук, профессор, преподаватель кафедры «Военных сообщений»

ФГКОУ ВПО «Военная академия материальнотехнического обеспечения им. генерала армии А.В. Хрулёва» Министерства обороны Российской Федерации Денисов Геннадий Иванович

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Уральский государственный университет путей сообщения»

Защита состоится 23 декабря 2013 года в 13 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 218.008.02 на базе Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Петербургский государственный университет путей сообщения» по адресу: 190031 Санкт-Петербург, Московский пр, 9, ауд. 7-320.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Петербургский государственный университет путей сообщения».

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью, просим направить в адрес учёного совета университета.

Автореферат разослан 22 ноября 2013 г.

Учёный секретарь диссертационного совета, Алексей Михайлович Горбачев кандидат технических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Для сохранения существующих и привлечения дополнительных объёмов перевозок опасных грузов, а также сокращения транспортных издержек необходимо совершенствовать технологию и нормативно-правовую документацию, определяющую условия перевозки, включая требования к транспортной таре. Необходимо создать такую технологию перевозок упакованных опасных грузов, чтобы был обеспечен достаточный уровень безопасности перевозок, сохранность перевозимой продукции при оптимизации транспортных затрат как грузоотправителя (грузополучателя), так и перевозчика.

При использовании транспортной тары необходимо, в первую очередь, обеспечивать её надёжность, доступность и эффективность.

Поэтому в диссертационной работе исследуются техническая возможность и экономическая целесообразность совершенствования технологии перевозки упакованных в полимерной таре опасных грузов, особенно обладающих повышенной степенью опасности, к которым относятся легковоспламеняющиеся жидкости, окислители и органические пероксиды, а также коррозионные вещества. При перевозке указанных веществ наиболее часто происходят аварийные ситуации с тяжёлыми последствиями, принося значительный ущерб транспортным организациям и окружающей среде.

Целью диссертационной работы является обоснование рационального способа безопасной перевозки в крытых вагонах жидких и сыпучих опасных грузов в полимерной таре без использования внешней тары или обрешёток, что обеспечивает снижение транспортных издержек.

Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие основные задачи:

- выполнить анализ современного состояния, теоретических исследований и практического использования различных видов транспортной тары при существующей технологии перевозок опасных грузов;

- провести теоретические и экспериментальные исследования воздействия динамических нагрузок на вагон и транспортную тару на всех этапах перевозочного процесса для разработки требований к полимерной таре при перевозке опасных грузов;

транспортной тары при перевозке опасных грузов без внешней тары и обрешёток;

- разработать технологию перевозки упакованных в полимерную тару опасных грузов на основе рекомендаций по размещению и креплению их при перевозке в крытых вагонах;

полимерной тары для перевозки опасных грузов в крытых вагонах.

упакованных опасных грузов. Предметом исследования являются границы возможности использования полимерной транспортной тары при перевозке опасных грузов в крытых вагонах.

Методы исследования. При выполнении работы использовались методы системного анализа, сравнительной топологии экспертных оценок, математической статистики, а также сравнительного анализа на основе технико-экономических расчётов. При решении поставленных задач были также использованы такие методы исследования как анализ и эксперимент.

Научная новизна диссертационной работы заключается в:

- выявлении несоответствия в отечественных и международных нормативно-правовых документах, регламентирующих перевозку опасных грузов, с целью их устранения и унификации этих документов;

- определении реально действующих динамических нагрузок на транспортную тару, позволяющих сформулировать требования к её прочностным характеристикам;

- классификации требований к полимерной транспортной таре, предназначенной для обеспечения безопасной технологии перевозок грузов; в том числе в выявлении общих требований, предъявляемых к полимерной таре, а также специальных, предъявляемых при перевозке грузов высокой степени опасности;

упакованных опасных грузов в полимерной таре без применения внешней тары и обрешетки, а также обосновании возможности безаварийного использования предложенных мероприятий.

обосновании возможности:

- использования наиболее дешевого и надежного способа перевозки различными видами транспорта большой номенклатуры опасных грузов;

- сокращения расходов на производство транспортной тары, улучшения использования транспортных средств и складского хозяйства;

- улучшения условий и повышения производительности труда персонала, участвующего в перевозке опасных грузов и их хранении на складах;

- повышения безопасности перевозки опасных грузов как во внутреннем, так и в международном сообщениях;

- применения механизированного способа переработки опасных грузов в процессе перевозки, выполнения погрузочно-разгрузочных работ и складирования за счет предложенных условий перевозки и технологии работ с опасными грузами, перевозимыми в полимерной таре, при обеспечении безопасного уровня перевозок.

полученные при исследовании рассматриваемой проблемы, приняты к использованию Службой коммерческой работы в сфере грузовых перевозок Западно-Сибирской железной дороги – филиала ОАО «РЖД», ФГУП «Куйбышевский химический завод», а также в учебном процессе Сибирского государственного университета путей сообщения при подготовке инженеров по специальности 190401 – Эксплуатация железных перевозочном процессе.

Апробация работы. Основные результаты исследования доложены и получили одобрение на 10 конференциях: Международной научнопрактической конференции «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте и образовании’ 2009» (Одесса, 2009 г.); Международной выставке и научном конгрессе «Спассиб-Сиббезопасность-2010»

(Новосибирск, 2010 г.); Международном научном конгрессе «ГЕО-СибирьНовосибирск, 2011 г.); Международной выставке и научном конгрессе «Спассиб-Сиббезопасность-2011» (Новосибирск, 2011 г.) и других, а также на заседаниях кафедры «Логистика, коммерческая работа и подвижной состав», объединённого научно-технического совета государственного университета путей сообщения, кафедры «Логистика и коммерческая работа» Петербургского государственного университета путей сообщения.

Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 10 печатных работах общим объёмом 3,5 п.л., из которых автору принадлежит 2,7 п.л. Три статьи опубликованы в журналах, входящих в перечень ведущих рецензируемых изданий, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы, включающего 118 источников, и семи приложений. Содержание работы изложено на 121 странице основного текста, включающего 18 таблиц, рисунков, и 31 странице приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении отражена актуальность исследования, а также сформулированы цель и задачи исследования.

требований к обеспечению безопасной технологии перевозок опасных грузов.

Анализ статистических данных, представленных на рисунке 1, показал, что транспортная тара из полимерных материалов в настоящее время становится всё более востребованной.

Рисунок 1 - Изменение структуры использования транспортной тары в РФ Полимерные материалы применяются при изготовлении любого вида тары: ящиков, мешков, канистр, барабанов, бидонов, бочек.

Использование данного материала, как показала практика, становится технически возможным, а прочностные свойства позволяют составить конкуренцию не только стеклу, бумаге и ткани, но и металлу.

Проанализированы нормативно-правовые акты, регламентирующие перевозку опасных грузов железнодорожным, водным, автомобильным и воздушным транспортом, а также работа организаций, участвующих в их разработке. Базовые положения перевозок опасных грузов приведены в Рекомендациях ООН, на основе которых разработано большинство нормативов по перевозке опасных грузов всеми видами транспорта.

Установлено, что требования данных документов в области международных перевозок имеют существенные различия, являющиеся сдерживающим фактором в её использовании.

Выявлены противоречия в требованиях к испытаниям транспортной тары и определены несоответствия государственных стандартов, используемых при разработке отечественных и международных правил.

Вопросами совершенствования технологии перевозок грузов, в том числе опасных, занимались такие учёные как В.К. Бешкето, А.М.

Островский, В.Н. Андросюк, О.Б. Маликов, Ю.М. Иванов, Л.П. Андронов, В.И. Медведев, Х.Т. Туранов, В.А. Болотин, С.А. Егоров, В.В. Напёров, И.О. Тесленко, Е.К Коровяковский, И.К. Гордеев, Ю.М. Лузинов и другие.

Однако работы, направленные на комплексное исследование возможности использования полимерной тары для перевозки опасных грузов, в настоящее время не проводятся, что приводит к возникновению аварийных ситуаций с большими потерями груза и нанесением ущерба окружающей среде.

Во второй главе проведены теоретические и экспериментальные исследования нагрузок, действующих в процессе перевозки на тару с опасным грузом. Тара должна выдерживать транспортные нагрузки, возникающие в процессе перевозки, обеспечить сохранность перевозимой продукции и исключать её воздействие на окружающую среду, повышать безопасность перевозок.

Для установления требований к полимерной таре, обеспечивающей безопасную перевозку опасных грузов, в рассматриваемой главе даны результаты исследований величин возникающих динамических нагрузок на тару при движении поездов, при маневровой работе и роспуске вагонов с сортировочных горок, при выполнении погрузочно-разгрузочных работ.

По результатам экспериментальных исследований установлено, что зависимость вертикальных ускорений максимального перемещения груза от скорости движения поезда представляет параболическую функцию (рис.

2), выраженную уравнением :

- вертикальное ускорение груза, м/с2, - скорость движения, км/ч.

где Рисунок 2 - Зависимость вертикальных ускорений, соответствующих максимальным перемещениям, от скорости движения Наибольшее значение вертикального ускорения достигается при скорости 40 км/ч, а с последующим её увеличением величина вертикального ускорения начинает снижаться.

Наибольшие вертикальные ускорения при прохождении колёсной парой стыка рельсов составляют 36,6 м/с2, но длительность их мала и составляет около 0,0001 с (рис.3).

Рисунок 3 – Вертикальные ускорения при прохождении колёсной парой Исследованиями установлено, что точки рисунка 3 с одинаковыми соотношению:

где - величина постоянной скорости, для которой построены кривые «а» и «б» соответственно.

Вследствие малой продолжительности данное воздействие на вагон незначительно влияет на его скорость и перемещение. Но при перевозке опасных грузов возникают большие импульсные нагрузки, в том числе и кратковременные, которые могут привести к аварийной ситуации. Поэтому их воздействие должно быть учтено при выборе прочностных характеристик и материала тары, а также при разработке условий перевозки конкретного вида опасного груза.

При перевозке упакованных опасных грузов с формированием транспортного пакета сохранность самого пакета, а также опасного груза в нем, зависит от вида тары, а также материала, из которого она изготовлена;

соблюдения технологии формирования транспортных пакетов, а также производства погрузочно-разгрузочных работ; величины динамических нагрузок, воздействующих на транспортный пакет с опасным грузом в процессе движения. Поэтому необходимо учитывать ударные вибрационные нагрузки при расчете крепежной оснастки транспортного пакета, а также при размещении пакета с опасным грузом на поддоне.

Для определения максимальной нагрузки на обвязочную ленту объектом исследования являлся транспортный пакет, размещенный на деревянном поддоне. Пакет состоял из 24 упаковок массой 30 кг. Упаковки укладывались в четыре яруса по шесть штук в каждом (рис. 4).

Погрузочно-разгрузочные работы осуществлялись электропогрузчиком с вилочным грузозахватом.

В процессе эксперимента были рассмотрены следующие операции:

движение электропогрузчика с транспортным пакетом по ровной площадке и через барьеры высотой 3, 4, 5 и 6 см с различными скоростями; подъем и Рисунок 4 - Схема исследуемого пакета с грузом и размещение возникающие при подъезде электропогрузчика к транспортному пакету с опасным грузом.

определяются по формулам:

где - скорость движения электропогрузчика, м/с.

Величины вертикальных ускорений груза зависят от высоты барьера:

где – величина вертикального ускорения поддона; - высота барьера, При столкновении электропогрузчика, двигающегося со скоростью 3 км/ч, с препятствием наблюдались максимальные динамические усилия в обвязках, достигавшие 815 Н.

FrommPlasticsGmbh (Германия) на разрыв. Испытания показали, что среднее значение разрывной нагрузки данной полимерной ленты составляет 12440 Н. На основании изложенного сделан вывод, что по прочностным показателям полимерная лента отвечает предъявляемым требованиям и может быть использована в качестве обвязок, стяжек и увязок при перевозке опасных грузов в транспортных пакетах.

В третьей главе разработан ряд технических и технологических решений, связанных с использованием полимерной транспортной тары для перевозки опасных грузов ввиду того, что выбор транспортной тары и её использование, в соответствии с международными регламентами, является одним из важнейших этапов технологии перевозочного процесса упакованных опасных грузов.

Определён комплекс условий и требований, предъявляемых к транспортной таре на всех технологических этапах её эксплуатации: от разработки упаковки и затаривания груза для перевозки до её утилизации.

Проанализированы факторы, неблагоприятно воздействующие на тару и упаковку, и даны предложения по предохранению продукции от воздействия транспортных нагрузок.

транспортной таре, выделены дополнительные требования, которые должны предъявляться к транспортной таре для перевозки грузов повышенной степени опасности, а также к её испытаниям, при которых необходимая высота сбрасывания должна определяться по формуле:

где - кинетическая энергия в начале удара для ряда упаковок, расположенных на одной продольной оси, параллельной оси вагона, Нм;

- кинетическая энергия упаковок при падении с высоты, установленной стандартом, Нм.

Требования необходимо учитывать при разработке транспортной тары, условий её испытания, а также при разработке стандартов на транспортную тару.

В четвёртой главе доказывается возможность безаварийной технологии перевозки в крытых вагонах опасных грузов, упакованных в полимерную тару без внешней тары и обрешёток. Для решения этой задачи разработан один из важнейших этапов технологии перевозочного процесса– условия погрузки и крепления опасных грузов в полимерной таре в крытые вагоны, определены силы, воздействующие на полимерную транспортную тару с опасным грузом, дано сравнение полученных значений с допустимыми.

Расчёт произведен на примере использования для перевозки опасных грузов полимерных канистр вместимостью 30 дм3 и полимерных бочек вместимостью 227 дм3. Для каждого типа транспортной тары разработаны по три схемы погрузки: без использования поддона; с использованием наиболее распространенного на железнодорожном транспорте поддона размером 1200800 мм (рис.5); с использованием поддона размером 11401140 мм. Расчёты выполнены для различных плотностей перевозимых грузов (от 0,8 до 1,15 г/см3), охватывающих основную номенклатуру опасных грузов.

Результаты расчётов показали, что для перевозки опасных грузов может быть использована полимерная тара без применения внешней тары или обрешёток. Проведённые испытания в производственных условиях показали надёжность предлагаемого способа перевозки. При этом улучшается использование грузоподъёмности вагонов, обеспечивается устойчивость тары при перевозке и выполнении маневровых операций с вагонами и безопасная технология перевозочного процесса.

Рисунок 5 - Схема размещения и крепления в крытом вагоне полимерных канистр с опасным грузом на поддоне 1200*800 мм, Пятая глава посвящена экономической оценке предлагаемой технологии использования полимерной транспортной тары для перевозки опасных грузов без применения внешней тары или обрешётки.

Сокращение транспортных затрат при отказе от внешней тары и деревянных обрешеток получает грузоотправитель (грузополучатель) за счёт исключения расходов на приобретение и использование внешней тары, а перевозчик – за счёт снижения себестоимости перевозок и улучшения использования транспортных средств.

Экономический эффект, связанный с реализацией предлагаемого способа перевозки опасных грузов, определён для опасных грузов классов 3, 5.1, 6.1 и 8, которые с учётом их физико-химических свойств могут быть перевезены в крытых вагонах с использованием полимерной тары. Расчёт проведён для фактических объёмов перевозок опасных грузов, выполненных Западно-Сибирской железной дорогой в 2012 году.

Годовой экономический эффект в случае отказа от деревянных обрешёток при перевозке опасных грузов в полимерных канистрах объёмом 30 дм3 определён по формуле:

где – текущие годовые издержки (годовые эксплуатационные расходы) по вариантам, руб.;

- капитальные вложения по вариантам, руб.;

– норма дисконта.

Результаты расчёта даны в таблице 1.

транспортировки опасных грузов Эксплуатационные расходы перевозчика по варианту 2 (с использованием обрешёток),млн. руб.

Экономия эксплуатационных расходов перевозчика по варианту 1 (без использования обрешёток), млн. руб.

Экономия эксплуатационных расходов грузоотправителя, млн. руб.

Доля общего экономического эффекта, приходящаяся на участника перевозки:

экономический эффект от устранения деревянных обрешёток при перевозке опасных грузов в полимерной таре в зависимости от тарифной категории груза составит от 7,8 до 17,3 млн. руб. Наибольшую выгоду при этом получает грузоотправитель, на долю которого приходится около 90% суммарного экономического эффекта. Анализ показал, что сокращение затрат грузоотправителя при отказе от внешней тары и деревянных обрешеток составит от 13,45 до 14,29 % в зависимости от провозной платы, характерной для конкретного наименования опасного груза.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании выполненного диссертационного исследования получены следующие основные выводы и результаты:

документах имеются существенные различия в требованиях к перевозке опасных грузов в полимерной таре, что вызывает затруднения в организации технологии перевозок и во взаимодействии различных видов транспорта, участвующих в перевозочном процессе.

нагрузок, действующих на транспортную тару в процессе перевозки, установлено, что наибольшая величина ускорений вагона возникает при испытываться транспортная тара, разрабатываемая для перевозки опасных грузов.

3. Современная полимерная лента при использовании обвязок, увязок и стяжек обеспечивает требуемое усилие на разрыв и исключает развал груза при перевозке. Прочностные характеристики полимерных лент превосходят аналогичные характеристики металлических, и транспортном средстве и повышает безопасность перевозок.

4. При совершенствовании стандартов, изготовлении транспортной тары и использовании её в производственных процессах должны учитываться вибрационные и другие нагрузки, возникающие в процессе перевозки любым видом транспорта, выполнении погрузочноразгрузочных работ и складировании.

5. Разработанные и испытанные в производственных условиях технологические схемы погрузки, размещения и крепления упакованных в полимерную тару опасных грузов в крытые вагоны позволяют обеспечить безопасную технологию перевозки опасных грузов без применения внешней тары и обрешёток для жидких и сыпучих грузов, обладающих высокой степенью опасности (легковоспламеняющихся жидкостей, окислителей, органических пероксидов, ядовитых и коррозионных веществ).

6. При перевозке опасных грузов без обрешёток коэффициент использования грузоподъёмности вагонов составляет 0,863 и 0,879 при использовании в качестве тары полимерных канистр и бочек.

7. Расчёт технико–экономической эффективности от внедрения предлагаемой технологии перевозки опасных грузов показал, что при использовании полимерной транспортной тары без внешней тары и обрешёток сократятся издержки грузоотправителей, себестоимость перевозок за счёт улучшения использования транспортных средств, обеспечится безопасная технология перевозок и сохранность перевозимой продукции.

8. Перевозка опасных грузов классов 3, 5.1, 5.2, 6.1 и 8 в полимерной таре без внешней тары или обрешёток позволит сохранить существующий и привлечь дополнительный объём перевозок опасных грузов железнодорожным транспортом.

9. Разработанные предложения направлены на совершенствование нормативно-технической и правовой документации, регламентирующей перевозку опасных грузов в полимерной таре.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в ведущих рецензируемых изданиях и журналах, рекомендованных ВАК 1. Островский А.М., Кучкина Е.М. (Бондаренко Е.М.) Исследование динамических нагрузок на тару при перевозке опасных грузов // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. – Новосибирск, изд-во НГАВТ. №1, 2010. – С.

70-75.

2. Островский А.М., Беляева Т.В., Бондаренко Е.М. Экономическая оценка использования полимерной тары для перевозки опасных // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. – 2012. - №1. – С. 46-49.

3. Островский А.М., Бондаренко Е.М. Перевозка в крытых вагонах опасных грузов, упакованных в полимерную тару // Транспорт: наука, техника и управление. – 2013. - №1. – С. 47-50.

4. Кучкина Е.М. (Бондаренко Е.М.), Шипунова М.С. Повышение конкурентоспособности железных дорог при перевозке опасных грузов // НаучноТехнические проблемы транспорта, промышленности и образования. Труды Всероссийской научной конференции. Том 3. Хабаровск, 2008. – С. 17-18.

5. Кучкина Е.М. (Бондаренко Е.М.), Шипунова М.С. Исследование проблемы необходимости совершенствования системы перевозки опасных грузов // Материалы Всероссийской заочной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Интеллект – 2008». – С. 12-14.

6. Островский А.М., Кучкина Е.М. (Бондаренко Е.М.) Совершенствование условий перевозок опасных грузов в полимерной таре // Сборник научных трудов по материалам международной научно-практической конференции «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте и образовании’ 2009». Том I, Транспорт, Туризм и рекреация. 21-28 декабря 2009 года. Одесса, 2009. – С. 7-11.

7. Кучкина Е.М. (Бондаренко Е.М.) О необходимости пересмотра условий перевозки опасных грузов в полимерной таре // Материалы VIII научно-технической конференции студентов и аспирантов, посвященной 200-летию транспортного ведомства и транспортного образования России. Часть 1. Технические науки. 17- ноября 2009 г. Новосибирск, 2010. – С. 12-13.

8. Островский А.М., Кучкина Е.М. (Бондаренко Е.М.) Воздействие транспортных нагрузок на упакованные опасные грузы при перевозке // Материалы научно-практической конференции «Проблемы, пути и направления дальнейшего совершенствования природной, техногенной, пожарной безопасности населения и территорий субъектов Российской Федерации Сибирского федерального округа». 20- сентября 2011 г. Новосибирск, 2011 г. – С. 51-55.

Бондаренко Е.М. Обоснование эффективности применения полимерной транспортной тары для перевозки опасных грузов // Материалы научно-практической конференции «Проблемы и пути совершенствования гражданской обороны в субъектах Российской Федерации Сибирского федерального округа», г. Новосибирск, 26 сентября 2012 г. – С. 59-64.

10. Бондаренко Е.М. Обоснование эффективности контрейлерных перевозок упакованных опасных грузов // Материалы научно-практической конференции «Проблемы и пути совершенствования гражданской обороны, природной, техногенной и пожарной безопасности населения и территорий субъектов Российской Федерации Сибирского федерального округа». 26 сентября 2013 г. Новосибирск, 2013 г. – С. 159Подписано к печати ноября 2013 г. Печ. л. – 1, Печать – ризография. Бумага для множит. апп. Формат бумаги 6084 1/ Тип. ПГУПС 190031, Санкт-Петербург, Московский пр., д.