Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
На правах рукописи
Сычев Вячеслав Петрович
РАЗРАБОТКА И МОДЕРНИЗАЦИЯ СРЕДСТВ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ
Специальность 05.22.06 - Железнодорожный путь, изыскание и проекнтирование железных дорог
Специальность 05.22.07 - Подвижной состав железных дорог, тяга понездов и электрификация
АВТОРЕФЕРАТ
Диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук
Москва
2007
Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Российский государственный отнкрытый технический университет путей сообщения
Официальные оппоненты: | Доктор технических наук, профессор Филиппов Владимир Михайлонвич Доктор технических наук, профессор Грищенко Валерий Алексанндрович Доктор технических наук, профессор Третьяков Александр Вландимирович |
Ведущее предприятие: ФГУП Всероссийский научно-исследовательнский институт железнодорожного транспорта (ВНИИЖТ г.Москва)
Защита диссертации состоится л01 ноября 2007 года в л13 часов на заседании диссертационного совета Д 218.009.02 при Российском государственном открытом техническом университете путей сообщения по алдресу:125993,г.Москва,ул.Часовая,22/2,ауд.344
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета
Автореферат разослан л01 октября 2007 года
Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печантью, просьба направлять в адрес диссертационного совета
Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор | И.А.Алейников |
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. В условиях реформирования железнодорожного транспорта требуется создание новой, эффективной, ориентированной на рыночную экономику, системы технического обслуживания железнодорожного пути. Поддержания пути в работоспособном состоянии - основная цель системы технического обслуживания железнодорожного пути, основанная на использовании комплекса технических, организационных, технологических средств. Поэтому создание новых и модернизация существующих средств технического обслуживания железнодорожного пути является актуальной задачей. Однако для эффективного функционирования системы технического обслуживания пути необходима информация о состоянии пути. Поэтому особую актуальность приобретает задача повышения информативности оценки состояния пути, в основе решения которой лежит задача прогнозирования появления неисправностей пути по показаниям вагона путеизмерителя и планирования управляющих воздействий на путь в виде комплекса путевых работ. Техническим средством путевого хозяйства, направленным на формирование управляющих воздействий на путь, является комплекс специального подвижного состава, самоходных и несамоходных путевых машин, применяемых при текущем содержании и ремонтах железнодорожного пути, а также вагонов и других транспортных средств, используемых при доставке материалов верхнего строения пути к месту производства работ, очистке пути от снега и засорителей, удаление растительности и т.п. (в дальнейшем СПС). ОАО РЖД принадлежит большое количество СПС, нормативный срок которых истек и которые по формальным причинам должны быть спинсаны, что при одномоментном списывании всей номенклатуры СПС и огранниченных средствах на поставку новых, приведет к снижению объема ремоннтов железнодорожного пути и в конечном итоге к снижению уровня безопаснности на железных дорогах. Ранее, на уровне практического решения, пронблема продления ресурса СПС хозяйства пути не ставилась по ряду объективных и субъективных причин, поэтому весьма акнтуально создание системы продления ресурса СПС, которая должна состоять из правил и порядка организации работ по продлению срока понлезного использования СПС, технологии проведения этих работ, методик диагностирования СПС с просроченным сроком службы, технических требонваний и проектно-конструкторской документации на капитально-восстановинтельный ремонт с модернизацией СПС, и организации проведения этих работ на ремонтных предприятиях.
Однако старая техника не позволяет коренным образом менять технологию ремонтов и текущего содержания пути. Поэтому актуальна проблема создания новых технических средств, обеспечивающих изменение технологии ремонтных путевых работ.
Таким образом, актуальность темы обусловлена необходимостью формирования новой системы технического обслуживания железнодорожнного пути в условиях реформирования отрасли, реализовать которую с использованием СПС, выработавшем свой ресурс, невозможно. Поэтому в диссертации разработана система продления срока полезного использования СПС с просроченным нормативным сроком службы, разработаны методы и математические модели анализа показаний вагона путеизмерителя, направленные на повышение информативности оценки состояния железнодорожного пути в системе его технического обслуживания, разработаны и серийно внедрены технические средства нового поколения, обеспечивающие создание новых высокоэффективных технологий путевых работ.
Диссертация посвящена решению актуальной научной проблемы по созданию нового поколения и модернизации с продлением ресурса, эксплуатируемых технических средств, обеспечивающих создание новых технологий ремонта и текущего содержания пути и совершенствование системы технического обслуживания железннодорожного пути. В ее основе лежит решение крупных научно-технических задач по повышению информативности оценки состояния пути, разработке технологической системы продления срока эксплуатации специального подвижного сонстава хозяйства пути, разработке и серийном внедрении технических средств, в том числе нового поколения хоппер-дозаторов, обеспечивающих создание принципиально новой технологии путевых работ.
Цель работы. Разработка методов, технологий и технических средств, в том числе модельного ряда нового поколения хоппер-дозаторов, обеспечивающих создание новых технологий путевых работ. Разработка системы продления срока полезного использования эксплуатируемого на железных дорогах спенциального подвижного состава хозяйства пути, обеспечивающей возможность выполнения путевых работ в условиях ограничения инвестиций на закупку нового специализированного подвижного состава.
Основные задачи исследования по достижению цели работы:
- разработка методов и моделей повышения информативности оценки сонстояния пути по показаниям вагона путеизмерителя в системе технического обслуживания железнодорожного пути;
-увеличение срока полезной эксплуатации специального подвижного состава, используемого при ремонтах и текущем содержании пути;
-создание нового поколения технических средств, в том числе хоппер-дозаторов и на основе их применения разработка новой технологии ремонтов и текущего содержания пути.
Методы исследования: теория случайных процессов, математической статистики, теория системного анализа сложных объектов и ее применение при анализе создания и эксплуатации путевой техники, теория надежности машин и ее применение для оценки остаточного ресурса путевой техники, функционального и системного анализа сложных технических систем.
Наиболее существенные научные результаты, полученные лично соискателем. Разработаны:
-методы и модели, обеспечивающие повышение информативности оценки состояния пути в системе технического обслуживания железнодонрожного пути;
-система, обеспечивающая увеличение срока полезной эксплуатанции специального подвижного состава хозяйства пути, включающая в себя разработку методов, моделей, методик технического диагностирования специального подвижного состава хозяйства пути, а также технических требований к его ремонту и модернизации;
-модельный ряд нового поколения средств технического обслуживания железнодорожного пути, включая хоппер-дозаторы с новым функциональным назначением;
-новые, в том числе автоматизированные и механизированные технологии путевых работ в системе технического обслуживания железнодорожного пути.
Достоверность и обоснованность полученных в диссертационной работе выводов подтверждается:
- практикой внедрения ее результатов в систему технического обслунживания железнодорожного пути и проводимыми путевыми работами по разработанным технологическим процессам с применением серийно поставляемых на дороги сети хоппер-дозаторов модели ВПМ-770, его модификаций и других технических средств.
-результатами проведенного обследования специального подвижного состава хозяйства пути и его эксплуатации в системе технического обслужинвания железнодорожного пути после проведения работ по продлению срока их полезного использования;
Научная новизна заключается в разработке:
- методов и математических моделей, обеспечивающих повышение иннформативности оценки состояния железнодорожного пути в системе его техннического обслуживания, включая создание новых устройств определения дополнительных параметров, характеризующих состояние пути и защищеннных авторскими свидетельствами на изобретение (№ 1550022; №1624083; №1791238;№ 1801844; № 1786220)
- системы продления срока полезного использования специального подвижного состава хозяйства пути, включая разработку методик их технического диагностирования и математические модели по оценке остаточного ресурса средств технического обслуживания пути;
- модельного ряда нового поколения хоппер-дозаторов и других технических средств хозяйства пути, защищенных патентами на изобретение (RU:№ 2010076, № 2112826, № 2171755, № 2180888, № 2192362, № 2205763, № 2221718, № 2221719, № 2291076, № 2293674 и другие патенты, в том числе свидетельства на полезную модель).
Практическая ценность работы заключается
в разработке:
-правил и порядка продления срока службы специального подвижного состава, используемого в хозяйстве пути (Указания МПС от 10.07.1997г № Б833 у, от 12.02.1998 г. № С-144-у, от 31.03.1999г. № С 385у, от 15.10.1999 №Л2332у);
-методик технического диагностирования специального подвижного состава хозяйства пути с пронсроченным нормативным сроком службы с целью продления срока службы утвержденных МПС РФ и ОАО РЖД: хоппер-дозаторов; думпкаров; платнформ, используемых в специальных составах для засорителей; снегоуборочнной и снегоочистительной техники; автомотрис АС1А2; дрезины ДГКу;
-конструкторско-технологической документации, утвержденной МПС РФ и ОАО РЖД на:
капитально- восстановительный (капитальный с продлением срока понлезной эксплуатации) ремонт СПС, а именно: хоппер-дозаторов, платформ и думпкаров, применяемых в хозяйстве пути, поезда снегоуборочного СМ 2, дрезины ДГК, оборудования для перевозки звеньев рельсошпальной реншетки, машины выправочно-подбивочно-рихтовочной ВПР-02;
модернизацию хоппер-дозаторов моделей типа ЦНИИ ДВЗ и 55-76 (проекты 740.00.000 и 750.00.000 МХД);
новое поколение хоппер-дозаторов ВПМ-770 (проект 770.00.000) и его модификаций (исполнений) ВПМ-770 ЦТ, ВПМ-770 М
универсальную платформу для материалов и оборудования при произнводстве путевых работ ПМ-820 (проект 820.00.000);
модуль дозировочный навесной МДН-810 (проект 810.00.000);
технологические процессы ремонтов и текущего содержания железнондорожного пути с использованием модернизированных и разработанных технических средств.
Серийном внедрении:
-капитально-восстановительного ремонта с модернизацией специальнного подвижного состава на предприятиях МПС РФ и ОАО РЖД;
- нового поколения хоппер-дозаторов ВПМ-770 с модификациями;
- платформы для перевозки материалов и оборудования при ремонте железнодорожного пути ПМ-820;
Апробация работы. Ежегодно с 2001 гола опытные образцы, изготовнленные по результатам исследований, демонстрируются на Международной выставке Путевые машины в г.Калуге, при этом на секциях выставки пронводятся выступления и обсуждение разработанных и представленных образнцов. Получены: Диплом 1-й степени за лучший экспонат международной вынставки Путевые машины 2002 г. за образец Хоппер-дозатор ВПМ-770, Динплом 2-й степени за лучший экспонат международной выставки Путевые машины 2002 г. за модернизацию хоппер-дозатора ЦНИИ ЦДВЗ. Провендены доклады: на научно-технической конференции ОАО РЖД Перспекнтивы технического развития путевого комплекса ОАО РЖД в условиях реформирования 15-16 марта 2007г. в ЦДКЖ; на сетевой школе передонвого опыта Организация эксплуатации, технического обслуживания и ренмонта путевых машин. Их эффективное использование 28.07.2007 г, в г.Новосибирск. Ежегодно с 2000 года результаты работы докладываются на технических совещаниях заводов ОАО Калугаремпутьмаш и на заводе ОАО ТРАНСМАШ. Результаты работы также обсуждались на научно-техннических совещаниях во ВНИИЖТ.
Реализация работы. По разработанным методикам проводится диагнностирование специального подвижного состава хозяйства пути, продлеванется срок их полезного использования. Серийно внедрены проекты на капинтально-восстановительный ремонт специального подвижного состава и их модернизацию. Сертифициронваны и серийно производятся хоппер-дозаторы модели ВПМ-770 и его мондификации. Сертифицированы и серийно производятся платнформы ПМ-820, используемые в различных ремонтных комплексах. Разрабонтаны и утвернждены технологические процессы ремонтов железнодорожного пути, в том числе с использованием опытных образцов МДН-810.
Основное содержание работы
Во введении обосновывается актуальность работы, формируются цели и задачи исследования, излагаются основные положения, выносимые на занщиту.
В первой главе анализируется зарубежный и отечественный опыт разработки и применения в системе технического обслуживания пути путенвой техники, включая устройства контроля за состоянием рельсовой колеи. Проблемой механизации путевых работ начали занинматься с 1880 года с создания роликового транспортера для укладки рельсов, а первый вагон с опрокидывающимся кузовом для перевозки балласта был построен в 1898 году. В двадцатом веке над созданием специального подвижного состава работала группа ученых и конструкторов: Алешин В.А., Барыкин Ф.Д., Девьякович Г.М., Драгавцев А.М., Платов В.И., Плохоцкий М.А. и другие, а позже продолжены: Дубровиным В.Н., Ивановым Е.Р., Игнатенковым Г.И., Карповым Н.А., Ковальским В.Ф., Самохиным С.А.,Сырейщиковым Ю.П., Щербининым Ю.П., Щекотковым Ю.М. и др. Однако общий курс на машинизацию путевых работ в СССР был взят только в 1978 году в основном с работ Исаева К.С., Стельмашова В.Н., Членнова Н.Т, Федулова В.Ф., а впоследствии развит в рабонтах Каменского В.Б., Ермакова В.М., Певзнера В.О. и др. В 1953 году был разработан первый хоппер-дозатор (модель ЦНИИ ДВЗ), впоследствии усовершенствованный, (модели ЦНИИ ДВЗ М и 55-76), конструкция которого к началу двадцать первого века не претерпела существенных изменений. Производство этих хоппер-дозаторов в девяностых годах прошлого века было прекращено. К началу двадцать первого века реализация передовых технологий машинизированной выправки пути и других видов ремонта оказалось перед угрозой срыва ввиду выработки ренсурса у основной массы хоппер-дозаторов перечисленных выше моделей и всего основного парка СПС хозяйства пути.
В главе проанализирована оснащенность СПС отечественных железнных дорог в 1990-2002 годах и с использованием данных ВНИИЖТ, провендена оценка динамики старения СПС на сети железных дорог и влияния факнтического срока эксплуатации СПС на удельные простои в неплановом ренмонте и техобслуживании, составлен прогноз до 2010 годы , эксплуатирующихся на дорогах СПС при условии их списания в соответствии с нормативными сроками службы. На основе определения комплексных показателей надежнности СПС, в частности коэффициентов готовности и технического испольнзования, произведена оценка потерь в работе СПС в зависимости от срока их эксплуатации. Выявлено, что средняя продолжительнность суммарных простоев основных типов СПС в целом за рабочий сезон растет, например, к 2003 году в сравнении с 1998 года она выросла почти в 1,2-1,4 раза.
Общие потери рабочего времени по всем причинам в период с 1998-2004 годы в процентах от средней продолжительности рабочего сезона для разнличных типов СПС составили от 15% до 50% . В частности, для СЧ-600 от 30 % до 45 %; Унимат и Дуоматик от 15% до 20%, ВПР от 20% до 40%, ЩОМ от 35 % до 65 % и т.д. Определена расчетная годовая выработка СПС. Например, при минимальном простое, равном 31 день, выработка состанвила: для СЧ-600, ЩОМ, РМ порядка 70 км в год, Дуоматик бонлее 600 км в год, Унимат более 800 стрелочных переводов в год и т.д. Пронведенный анализ показывает значительный разброс значений ресурса и наработки на отказ для аналогичных по конструкции и условиям работы узнлов и деталей рабочих органов СПС. Анализ зарубежного опыта подтверждает это, в частности, за рубежом более 30 % продолжительности предоснтавляемых окон используется непроизводительно. По данным компании GTRM в Великобритании при шестичасовом локне полезная продолжительность локна составляла 4 часа. При этом по мере старения машин возрастает частота их отказов. Обосновано, что без решения задачи продления срока полезного использования СПС средняя прогнозируемая оснащенность сети железных дорог на 2010 год СПС состанвит менее 30 %, а по некоторым типам СПС менее 5%.
Разработана модель функционирования СПС в системе технического обслуживания железнодорожного пути. Для этого состояние СПС в системе технического обслуживания железнодорожного пути представлено в виде пЦмерного фазонвого пронстранства, обобщаюнщего все возможные флуктанции этих состояний при выполнении путевых работ. На скорость изменения этого состояния оказывают влияние технические характеристики СПС, квалификанция механиков, подготовленность участка, состояние пути на участке перед проведением ремонтных работ, принятая технология ремонтных работ и прочие характеристики процессов, возникающих при эксплуатации СПС, которые в общем виде описываются посредством функций в фазовом пространстве. Первичным фактором, определяющим эффективность работы СПС в системе ремонтов и техническом обслуживаннии железнодорожного пути, является физическое состояние машины. Паранметры x , которые его характеризуют, представлены областью X в пЦмернном пространстве. Отражением технического состояния СПС в системе технического обслуживания железнодорожного пути является качество их работы Э в виде функции от x, (), которая обранзует область А. в m - мерном пространстве. Таким образом, состояние системы эксплуатации СПС в первом принближении описывается значениями переменных . При изменении состояния системы ему соответствует изменение траектории в фазовом пространстве . Для более полной ханрактеристики учитываются функции, определяющие возможные обласнти флуктуации состояний, в первую очередь, функцию надежности (вероятности безотказной работы). Для СПС рассматриваем только бинарнные состояния, поэтому пределы изменнения этой функции определянется как: . Тогда состояние системы эксплуатации СПС в системе технического обслуживания железнодорожного пути характеризуется как:
.
В процеснсе эксплуатации техническое состояние СПС находится под воздействием возмущающих факторов, направнленных на его изменение (износ, старение и другие), а также управляющих факторов (восстановление состояния СПС при ее техническом обслуживании и ремонте). Совокупнность этих воздействий, а также форм и методов их реанлизации обеспечивает эффективное управление состоянием СПС и их индинвидуальным ресурсом.
Технология применения СПС в системе технического обслуживания железнодорожного пути определяется параметрами, а именно , где . В наиболее общем виде состояние СПС, находящейся в эксплуатанции в каждый момент времени определяется фазовой точкой . На траекторию состояния воздействуем посредством управнляющего параметра . Изменение величин U и X опреденляется как процесс, который составлен из управления U{t) и фазовой траектории X(t). Положение вектора, характеризующего состояние СПС, менняется под влиянием изменения условий эксплуатации. Цель управления сонстоянием СПС заключается в том, чтобы контролировать положение траекнтории вектора. При отсутствии резких возмущающих воздействий, например, трещина рамы как основного несущего элемента СПС, состояние изменяется монотонно и траектория постепенно приблизится к гиперплоскости. В этот момент ненобходимо применить управление, которое предупредит попадание траектории вектора состояния в область отказов. Это управление (U2) будет действовать в дискретные моменты вренмени , при этом, если вектор состоянния окажется в области отказов, управление U3 обеспечит интенсивное восстановленние. Таким образом, в самом общем виде уравнение управленния состоянием СПС в системе технического обслуживанния железнодорожного пути представляется в виде суммы управлений:
,
где i, j Ч дискретные моменты применения управляющих возндействий, восстанавливающих состояние;Ч интервалы дискретизации.
Наиболее слабое место в конструкции железнодорожного пути, являнется балласт, который обеспечивает стабильное положение пути, распреденляет нагрузку, снижает напряжение в земляном полотне и позволяет исправнлять путь посредством выправки и подбивки. Особую важность имеет своевременное обеспенчение в нужном месте нужного количества балласта и прочих материалов и элементов верхнего строения пути, что без хоппер-дозаторов и платформ осуществить практически невозможно.
Поэтому зарубежные производители путевой техники большое вниманние уделяют созданию техники для укладки, замены и очистки балласта. Фирма Kershaw выпускает дозатор-распределитель балласта типа KBR-850, и его последующие модификации KBR-875, KBR900. Компания Plasser & Theurer специализируется на производстве более тяжелых машин с большим числом операций, объединенных в один комплекс и оборудованные компьюнтерной системой управления. Компания Herzog, производит балластный понезд, способный выгружать балласт при движении со скоростью до 32акм/ч. Работой поезда управляет один оператор, а разгрузка обеспечивается пронграммируемой системой разгрузки. Компания NORDCO выпускает комбининрованную машину типа М2-14, которая сочетает функции дозатора-распренделителя балласта и снегоочистителя. Компания Harsco Track Tecghnologies, выпускает комплекс Р811, обеспечивающий механизацию работ по снятию и установке шпал, рельсовых скреплений и противоугонов. Машина Stoneblower, обеспечивает распределение балластного материала с контролем положения пути по горизонтали и вертикали. Подачу балласта регулирует компьютерная система управления. Компания Geismar-Modern Track Machinery выпускает компактные и легкие путевые машины на комбиниронванном железнодорожно-автомобильном ходу для точечного ремонта и занмены на небольших участках пути. Компания Georgetown Rail Equipment (GREX) выпускает поезд для перевозки и выгрузки балластных материалов Dump Train, который может отсыпать до 1815 т/ч подбалластного и балланстного материала с фракциями размером до 76 мм. Компания Miner выпуснкает приводы AggreGate для управления запорными устройствами разгрузочнных люков при выгрузке балласта, которые не требуют подачи сжатого возндуха от локомотива. Группа Progress Rail Services предложила новый дозатор балласта Model 60. Балластораспределительная машина Stoneblower, испольнзуется только в Великобритании. При помощи струи сжатого воздуха маншина нагнетает балласт непосредственно под шпалы, что гарантирует точнность положения пути в пределах 1 мм. Компания Georgetown Rail Equipment (GREX) продолжает поставки самоходных платформ типа SPS. Компания Hytracker Manufacturing совместно с CN/IC создала машину для локальной подрезки балласта, которая работает в комплекте с экскаватором и привондится в движение от его силовой установки. Hytracker создала облегченный полувагон длиной 22,85 м, используемый совместно с кюветокопателем для доставки и распределения свежего балласта в места локальной вырезки загрязненного. Компания Vermeer Manufacturing занимается иснследованиями в области повышения эффективности рабочих органов земленройных машин. Корпорация Railquip поставляет железным дорогам широкую номенклатуру механизиронванного ручного инструмента, подъемно-транспортного и контрольно-изменрительного оборудования. Корпорация Matweld и компания FCI Racine Hydraulic выпускают ручной путевой инструмент с гидравлическим привондом, при этом в 2000 г. освоила инструмент трех новых типов: костыльный молот, шпалоподбойку и костыледер.аВ главе также проводится анализ организации ремонтов путевой технники за рубежом, и использования путеизмерительной техники при планиронвании работ по текущему содержанию пути.
Основой эффективного использования СПС в системе техннического обслуживания железнодорожного пути является наличие инфорнмации о состоянии пути, поэтому во второй главе рассматриваются вопросы повыншения информативности оценки состояния пути в системе технического обслуживания железнодонрожного пути.
Проблема повышения информативности системы технического обнслуживания железнодорожного пути пересекается с проблемами совершеннствования системы оценки состояния пути, оценки надежности работы пути в различных условиях эксплуатации, автоматизации процесса оценки состояния пути, планирования путевых работ, формирования базы данных о надежной работе железнодорожного пути, в том числе и при создания АСУ путь. В этих направлениях известны работы Аккернмана Г.,Л., Ашпиза Е.С., Вериго М.Ф., Вершинского С.В., Грачевой Л.О., Грищенко В.А., Ершкова О.П., Ермакова В.М, Желнина Г.Г., Каменского В.Б., Когана А.Я., Крейниса З.Л., Левинзона М.А., Ромена Ю.С., Певзнера В.О., Филиппова В.М., Федулова В.Ф., Черкашина Ю.М., Башкатовой Л.В., Лысюка В.С., Зензинова Б.Н., Мишина В.В., Шац Э.Я. и др.
В главе разработана технологическая схема формирования и использонвания автоматизированной базы данных о работе железнодорожного пути в рамках решения задач АСУ - путь.
В основе информации о состоянии железннодорожного пути лежат показания вагона путеизмерителя. Рассмотрим показания вагона путеизмерителя в виде случайного процесса на коннтролируемом участке железнодорожного пути, а отступления от норм, обеснпечивающих поддержание пути в работоспособном состоянии, будем считать вынбросами этого процесса (рис.1).
Рис.1. Запись показаний вагона путеизмерителя как случайный процесс
Интегральные оценки Б участка пути, на котором этот случайный пронцесс записан по нескольким N последовательным проходам вагона путеизменрителя, представляем в виде временного ряда этих оценок. Тогда, используя основные положения теории временных рядов, определяем прогнозируемые оценки на последующие проходы вагона путеизмерителя.
Действительно, за N проходов вагона путеизмерителя по выбранному участку пути сонвокупность интегральных оценок Бi представляется выборочной реализанцией временного ряда N проходов вагона путеизмерителя. Модель процесса генерируется детерминиронванной функцией, полинонмом порядка n:
,
где k Ч номер прохода вагона-путеизмерителя; бi - постоянные коэфнфициенты, которые определяются из условия, что взвешенные интегральные оценки участка убывают по экспоненте соответственно количеству проходов вагона путеизмерителя.
Показано, что, начиная с n=3, разности (n-1) в среднем не равны 0, но среднее разностей n-го порядка пренебрежимо мало, что позволяет считать его нулевым. Следовательно, при формировании модели можно огранинчиться полиномом второго порядка, с учетом случайной составляющей пронцесса , характеризующей влияние на процесс различных факторов, в том числе и процесс выполнения между проходами вагона путеизмерителя ренмонтных работ. Такой подход позволяет модели постоянно приспосабливаться к меняющимся условиям эксплуатации железнодорожного пути. Автокорреляционные функции временных рядов интегральных оценок и средних значений ординат неровностей по участкам 1 (на момент наблюдения наработка тоннажа 0) и участка 2 (наработка тонннажа 600 млн.т.брутто), приведенные на графиках рис.2 показывают, что вынсокочастотная составляющая процесса изменения оценки состояния пути, вызванная влиянием случайной составляющей в существенной мере завинсит от погрешности интегральной оценки состояния участка пути, которая определяется ступенчатостью штрафной функции оценки.
Рис.2. Автокорреляционная функция временных рядов интегральных оценок(1,2) и средних по участку ординат неровностей (3,4), в том числе вынравненных (2,4) двух исследуемых участков пути.
Поэтому бальная оценка участка пути для адекватной выработки управляющих воздействий на путь в системе технического обслуживания железнодорожного пути недостаточно информативна. Предлагается более информативная оценка состояния пути, основанная на использовании теории выбросов случайного процесса. На записи вагона путеизмерителя, как случайного процесса( см. рис.1), по оси абсцисс откладываем протяженность пути L, а по оси ординат амплитуды неровнонстей рельсовой колеи А с пороговыми значениями С, определяемыми велинчинами отступлений от норм содержания рельсовой колеи. Поведение функнции A (L), характеризующий состояние пути на участке {L0 , L0 +L} относинтельно порогового уровня С, характеризуется числом положительных n+ (C, L) и отрицательных n- (C, L) выбросов. Основываясь на доказательстве эквивалентности задач теории пересечении уровней, теории выбросов и теории случайных точечных процессов, выполненного Тихоновым В.И. и Хименко В.И., разработаны математические модели, позволяющие ценивать участок пути по числу отступлений от норм содержания рельсовой колеи и определять объемы предполагаемых работ, в частности по вынправке пути, включая определение объема необходимого количества подсыпаемого балласта.
В момент пересечения A (L) порогового значения C значение произнводной A1 (L) к [a1 , a1 + a1]. Вероятность P такого пересечения определянется вероятностью совместного выполнения условий:
A(L) к [C- a/2; C + a/2] A1 (L) к [a1 , a1 +a!]
и вычисляется как:
P{C-a/2 a(l) C+a/2 ; a1 a(l) a1 +a!} = Waa(C, a1,l) a a!,
где WAA(C, a1,L) Цсовместная плотность вероятности для A(L) и A1(L) в одной и той же точке пути. Процесс А(L) пространстве считаем дифференнцируемым и находим число пересечений N(C,L) заданного уровня С соответнствующего значению отступлений от норм содержания рельсовой колеи слунчайного процесса A(L), характеризующего состояние железнодорожного пути по данным вагона путеизмерителя как:
.
Длительность выброса представляем как Lv =Li+1-Li , тогда среднюю длительность пребывания траектории A(L) над уровнем С, как L +(C) вычиснляется как:
,
где WA(a,L)-одномерная плотность вероятности Р с функцией распренделения FA(a,L).
Процесс записи состояния пути А(L) стационарный и эргодичный, поэтому средняя длительнность выброса над фиксированным уровнем С можно вычислить как:
,
а средний интервал между выбросами над уровнем С как:
.
Таким образом, определяется количество отступлений от норм содернжания рельсовой колеи с разбивкой по степеням и протяженность выброса, что дает возможность оценивания объемов работ по текущему содержанию пути. Однако есть показатели, характеризующие состояние пути, которые трудно оценить по записи путеизмерителя без включения в его измерительную систему новых устройств. В связи с этим на уровне изобретений были разработаны устройства для контроля: величины стыконвого зазора в рельсовой плети железнодорожного пути; состоянния пути посредством контроля взаимного расположения автосцепок; исправности колесной пары в составе движущегося поезда; механически напряженных участков рельсов; угона рельсов и др.
Проведенные исследования, обеспечивающие повышение информативности оценки состояния пути, являются необходимым условием совершенствования технологий путевых работ и в целом системы технического обслуживания пути, но недостаточным условием. Требуется создать новые технические средства, позволяющие изменить технологию путевых работ. Однако прежде, с целью недопущения снижения объема путевых работ по причине выбытия из эксплуатации специального подвижного состава хозяйства пути с просроченным сроком службы, необходимо продлить срок полезного использования эксплуатируемого на дорогах СПС.
В третьей главе разрабатывается система продления срока понлезного использования СПС хозяйства пути.
Необходимость решения проблемы управления индивидуальным ресурсом СПС хозяйства пути с целью продления срока полезной эксплуатации возникла в девяностые годы прошлого века одновременно с необходимостью решения аналогичной проблемы в вагонном хозяйстве. В этой области известны работы Бараненко Ю.П., Битюцкого А.В, Кельриха М.Б., Кочнова А.Д., Савоськина А.В., Сергеева К.А., Соконлова М.М., Третьякова А.В., Черкашина Ю.М. и других исследователей. С учетом специфики эксплуатации СПС в системе технического обслуживания железнодорожного пути, отличающейся от условий эксплуатации грузовых вагонов при перевозке грузов разрабонтана система продления срока полезного использования, которая полунчила практическое внедрение в виде Правил и порядка продления СПС хонзяйства пути, утвержденных МПС РФ, а впоследствии ряда руководящих донкументов ОАО РЖД. Технология работ по продлению срока полезного иснпользования СПС представлена в виде алгоритма на рис.3.
СПС с выработанным ресурсом | |||||||
анализ конструкторской, эксплуатационной документации выбранного типа СПС | |||||||
решение о продолжении работ | списание | ||||||
оценка надежности работы СПС | |||||||
решение о продолжении работ | |||||||
подготовка списка СПС, подлежащих продлению (заявка на продление) | списание | ||||||
диагностирование каждой единицы СПС из списка (визуальный осмотр, замер толщин, дефектоскопирование,металлография, ресурсные испытания | |||||||
анализ механизмов повреждений, выявление параметров, определяющих техническое состояние | |||||||
решение о продолжении работ | списание | ||||||
уточнение напряженно-деформированного состояния, характеристик материалов деталей СПС | |||||||
оценка остаточного ресурса | |||||||
ограничение эксплуатации | КВР | списание | |||||
продление срока полезного использования | |||||||
Рис.3.Алгоритм технологии продления срока полезного использования СПС хозяйнства пути
Работы по продлению срока полезного использования СПС состоят из двух основных этапов. Первый этап, предварительное принятие решения о целесообразности продления срока конкретному типу СПС, которое провондится экспертами на основе анализа проектно-конструкторской и эксплуатанционной документации, условий эксплуатации, общесетевой оценке надежнности работы данного типа СПС, его морального и физического износа. При положительном решении по первому этапу, на втором этапе обосновываются критерии предельного состояния основных узлов и деталей СПС, разрабатываются методики диагностирования СПС, проводится диагностика каждой единицы СПС, выборочные испытания образнцов на остаточный ресурс, а также разрабатыванется проектно-конструкторская документация на капитально-восстановинтельный (капитальный с продлением срока полезного использования) ремонт, после которого срок службы СПС продлевается.
В результате проведенных исследований обоснованы основные принчины появления предельного состояния СПС, выраженные в виде отказов в их работе: резкие нерасчетные перегрузки; постепенное накопление в узлах и деталях СПС рассеянных повреждений, приводящих к зарождению и развитию макнроскопических трещин; чрезмерный износ трущихся деталей и поверхностей, находящихся в контакте с рабочей средой; природные возндействия; неподдающиеся контролю грубые ошибки при эксплуатации. Отнказы разбивались на группы. Первая, отказы, не приводящие к длительным и опасным перебоям в работе СПС, в частности у хоппер-дозаторов модели ЦНИИ ДВЗ и 55-76: износ ударной розетки, вмятина на кузове, изгиб верхней обнвязки кузова и т.п., которые устраняются при техническом обслуживании или плановом ремонте. Вторая, предельные состояния основных элементов, конторые лимитируют ресурс СПС в целом и прямым образом влияют на безонпасность эксплуатации. К ним относятся необратимые повреждения, вызынвающие рост трещин как механического происхождения (усталость, изнашиванние), так физико-химического происхождения (коррозия). В главе разработаны критерии предельного состояния основных несущих элементов и узлов СПС и составлены характеристики предельного состояния основной номенклантуры СПС. Неработоспособное состояние СПС характеризуется наличием неисправнонстей, угрожающих безопасности движения. В частности, трещины и разрывы хребтовой балки, уменьшение площади их поперечного сечения из чрезнмерной коррозии, вертикальные изгибы одной из продольных балок более чем на 200 мм, прочие дефекты узлов СПС, предельное состояние которых может вызвать закрытие перегона.
Задачи разработать модели, позволяющие описать процесс развития повреждений, не ставилось, ибо цель методик диагностирования - оценка остаточного ресурса основных узлов СПС для определения возможности или невозможности дальнейшей эксплуатации СПС. Процесс развития повреждений СПС раснсматривался в рамках полуэмпирической теории, связывающей скорость нанкопления повреждений с действующими нагрузками и условиями окружаюнщей среды. Повреждения, накопленные в узлах машины, описываются скалярнной функцией времени на отрезке времени [0, Т], при этом значение отвечает неповрежденному узлу, - полностью поврежденному узлу. Поскольку имеются технологические дефекты изготовления для начального состояния, принимаем , где .
Введем допущения, первое: трещина представляется в виде математического разреза в однородной сплошной среде, а среда линейно упругая до разрушения. На основе известнной теории роста усталостных трещин Болотина В.В., принимаем, что размер трещины непрерывно дифференцируемая функция, приращение размера тренщины по сравнению с большим числом циклов нагружения СПС мало. В этом случае используется правило линейного суммирования усталостных понвреждений. Из допущения, что полностью характеризует уровень поврежденний СПС в каждый момент времени, изменение во времени, при непрерывнном времени имеет вид:
,
где - функция меры повреждений и вектора нагрузок q (t). Пронцесс q (t) включает силовые, деформационные, температурные, химические и другие воздействия, влияющие на выработку ресурса. Так как при эксплуатанции путевых машин материал испытывает переменные нагрузки в случае диснкретного процесса нагружения при разных напряжениях в разных интервалах времени, по правилу линейного суммирования повреждений:
где - число циклов с амплитудой ; - число циклов до разруншения при нагружении случайной амплитудой .
Учитывая особый объект исследований - специальный подвижной сонстав, требующий соблюдения требований повышенной безопасности, харакнтеристики и критерии трещиностойкости с установлением безопасных разменров трещин и трещиноподобных дефектов не вводятся. Рассматриваем только линейную механику разрушения.
Второе допущение: два случайных события, раснпределение нагрузки и прочности конструкции описываются нормальным законом распределения и происходят совместно. Это допущение дает возможность наложения площадей, ограниченных кривыми рассеянния нагрузки и прочности, при этом область наложения площадей кривых соответствует вероятности отказа. Условием продолжения эксплуатации СПС является вынполнение условия, что математическое ожидание прочности превыншает мантематическое ожидание нагрузки.
Совокупность результатов оценок текущего состояния узлов СПС, коннтролируемое на основании косвенных измерений в момент наработки T есть диагностический вектор W, то есть, имеем множество:
W(Tk ) = (w1 w2 wk ).
Эксплуатационная надежность СПС соответствует:
Q (t) < q н , где t ( [ 0, Т н ],
где q н - предельно допустимая интенсивность отказов, соответстнвующая назначенному сроку службы Тн, в диапазоне которого СПС считаем работоспонсобной. Для каждой группы деталей и узлов определяем q1н , q2н ,q3н ЕЕ и Т 1н , Т 2н , Т 3н ЕЕ.
Несмотря на то, что периодичность ремонтов пунтевой техники с точки зрения теории случайных процессов величина постонянная, межремонтный ресурс СПС хозяйства пути, тем не менее величина слунчайная, поскольку разброс показателей долговечности СПС определяется двумя факторами: разбросом показателей долговечности отдельных ее узлов и разбросом показателей долговечности одного и того же узла, но установнленного на разных СПС. Для принятия решения о целесообразности провендения работ по продления срока полезного использования СПС в системе технического обслуживания железнодорожного пути рассчитывается прогнонзируемый ресурс. В целом принимается, наработка на отказ СПС есть слунчайная функция во времени, которая согласуется с заданной периодичнонстью ремонтов СПС, а условия эксплуатации СПС в системе технического обслуживания железнодорожного пути относительно однородны, стационнарны и поддаются воспроизведению. Для продления срока полезной экснплуатации СПС определяется вероятность Рр(t) того, что предельное состоянние основных несущих элементов, не будет достигнуто на некотором отрезке [0, Т]. Прогнозируемый ресурс Т случайная величина с функцией распределенния F (Т) и плотностью вероятности Р(Т), тогда фактический ресурс маншины Тф будет:
Тф = Тн / (1- v j) ,
где j-односторонний квантиль нормального распределения для вынбранной доверительной вероятности Р, v - коэффициент вариации ресурса.
Это наиболее простая модель прогноза, для которой был принят закон распределения наработки на отказ как нормальный закон распределенния. Прогнозируемый ресурс СПС рассчитывался при Р= 0,95 , j - 1,645 и v = 0,15. Строго говоря, проведенная в результате исследования систематизация видов воздействия причин появления неисправностей и отказов узлов и деталей СПС в условиях их эксплуатации пути и на ее основе оценка функции распределения наработки до отказа не подтвердила нормальный закон распределения. Поэтому модель прогнозирования остаточного ресурса, основанная на принятом допущении о нормальном законе распределения наработки на отказ, может служить для оценки показателей, необходимых при формировании плана работ по продлению срока полезной эксплуатации СПС хозяйства пути. Для более точного прогноза остаточного ресурса СПС предлагаются другие методы. В частности, хорошую сходимость дает метод, основанный на выборе аналога СПС, показатели наработки на отказ аналога, подтверждены достоверной статистикой. Достоинство этого метода, успешно применяемого при прогнозировании остаточного ресурса грузовых вагонов в простоте использования. Принимается, что ресурс аналога Тфа равен ресурсу исследуемой СПС Тф и . В отличие от грузовых вагонов для СПС в системе технического обслуживания железнодорожного пути интенсивность эксплуатации Q определяется двумя показателями: вынработка машины и ее пробег. Очевидно, что для хоппер-дозаторов, думпкаров, платформ основное влияние на интенсивность эксплуатации оказывает пронбег, а для прочих путевых машин выработка, однако при определении значенния Q учитываются оба показателя, но с разными весами. При такой метондике прогнозное значение ресурса СПС определяется из решения системы уравнений:
Тф а = Q а Тн а и Тф и = Q и Тр и,
где Тна и Три назначенный ресурс, соответственно аналога и исследуенмой СПС.
Результаты расчетов прогнозируемого ресурса сведены в таблицу 2
Таблица 2 Сравнительные характеристики назначенного и прогнозируемого ресурсов СПС
Тип СПС, используемой в системе технического обнслуживания железнодорожного пути | Ресурс СПС в гондах | |
Назнанченный | Прогнонзируенмый | |
Платформы для перевозки ВСП и засорителей | 32 | 42 |
Хоппер-дозатор типа ЦНИИ ДВЗ Рельсошлифовальнные поезда типа РШП-48, РШП-16 | 25 | 33 |
Думпкары | 22 | 29 |
Путевой струг, Снегоочиститель плужный типа СДПМ, Мотовоз типа МПТ-4, МПТ-6, Автомотриса грузовая с манипулятором типа АГД Автомотриса служебная типа АС | 20 | 27 |
Моторные платформы Укладочные краны типа УК 25/9-18, УК 25СП Электробалластер типа ЭЛБ Моторный гайковерт типа ПМГ Выправочно-подбивочно-рихтовочные машины (Дуонматик, ВПР-02, Унимат, ВПРС-03 и т.п.) Динамический стабилизатор типа ДСП Планировщик балласта типа РБ, ПБ Кусторез типа СП-93 Поезд снегоуборочный типа СМ Универсальный тяговый модуль | 15 | 20 |
Путеремонтная летучка на базе автомобиля Машина для нарезки и очистки кюветов Машины для глубокой очистки балласта на пути и стрелочных переводах | 10 | 13 |
В процессе исследований подтверждена медленная схондимость эмпирической зависимости интенсивности отказов к истинной иннтенсивности отказов СПС по причине того, что эксплуатация СПС в системе технического обслуживанния железнодорожного пути осуществляется в условиях неопределенной априорной информации, вызванной большим количеством ограничений: различных климатических и географических условий, квалификации персонала, сонстояния железнодорожного пути, большого колинчества заменяемых в процессе эксплуатации деталей и узлов, сложности ремонта СПС, несоблюдением межремонтных сроков и т.п. Поэтому в главе обосновывается целесообразность применения непараметрического оценивания показателей надежности СПС, позвонляющего при неизвестном виде закона распределения наработки до отказа понлучать непосредственную оценку показателей надежности СПС по выборочнным данным о наработках СПС. Данные о наработках на отказ предлагается получать при проведении обследования, параметры распределений не вынчисляем, а количественные показатели надежности СПС получаем из качественных описаний технического состояния СПС в системе техниченского обслуживания железнодорожного пути. При формировании выборки наработки на отказ из рассмотрения исключались события, которые являнются нехарактерными для большинства случившихся отказов. Для каждого типа СПС на основе проведенной классификации отказов и предельных состояний были разработаны карты обследования технического состояния СПС, правила их заполнения, требования к средствам диагностики и методы проведения обследования, положенные в основу разработанных методик технического диагностирования СПС, утвержденных в МПС РФ и ОАО РЖД. В методиках определен перечень оснновных узлов и деталей, подлежащих диагностированию (рамы, фермы, хондовых тележек, грузоподъемных механизмов), виды и способы заполнения дефектных ведомостей и карт осмотра, перечень необходимого диагностиченского оборудования, а также объем выборки для предварительных испытаний выбранных образцов СПС на остаточный ресурс, методики проведения испытаний на остаточный ресурс и т.п. Определяемый срок службы СПС при проведении ресурсных испытаний вычисляется по сумме накопления повреждений в расчетной сумме накопленных повреждений за один год. Понскольку наиболее узким местом при проведении работ при ремонте железнондорожного пути является проблема выгрузки и доставки балласта, осуществнляемая хоппер-дозаторами моделей ЦНИИ ДВЗ, ЦНИИ ДВЗ М и 55-76 производство которых прекратилось в девяностых годах прошлого века, наибольший объем обследованных СПС пришелся на хоппер-дозанторы.
На дорогах сети ОАО РЖД находится в эксплуатации более 10 тысяч хоппер-дозаторов, при этом, как показал анализ, проведенный в первой главе, 80% из них выработали нормативный срок службы. Обследования, провондившиеся по разработанным методикам. Результаты обследования СПС в системе технического обслуживания железнодорожного пути, проведенные по всем дорогам сети, систематизированы и определена структура отказов основных несущих узлов СПС. В частности, отказы в работе хоппер-дозатонров, распределяются следующим образом: 55% дефекты, появившиеся из-за ошибок в эксплуатации при погрузки и выгрузки балланста (в основном денфекты кузова, бункера и разгрузочно-дозирующих устнройств), 20% развитие трещин в хребтовой и шкворневой балках или меснтах их соединений, 15% чрезмерная коррозия основных узлов и деталей, 4% усталостные поврежденния металла (ползучесть, текучесть)и 6% прочие отказы, как правило, связанные со скрытыми дефектами изготовления. Для каждой группы отказов определялась интенсивность отказов в занвисимости от срока службы с учетом периодичности планово-предупрединтельных ремонтов и зависимость вероятности достижения предельного сонстояния от календарной продолжительности службы. Вероятность достиженния предельного состояния СПС на в зависимости от календарного срока его службы примере хоппер-дозатора показана на рис. 4.
Рис. 4. Вероятность достижения предельного состояния СПС хозяйства пути в зависимости от срока его службы.
В процессе проведения обследования из расчета один хоппер-дозатор на 20-40 штук отбирались хоппер-дозаторы постройки с 1960 по 1973 годы, котонрым проводились испытания на остаточный ресурс по разработанным метондикам. В процессе испытаний выявлены незначительные дефекты, не влияющие на появнление предельных состояний, к числу наиболее часто встречающихся относятся, развитие изнгиба косынок шкворневых стоек на 5-10 мм, увеличение вмятины ударной розетки на 1-2 мм и прочие, при этом напряжения в режиме соударения при нагружения хоппер-дозатора во всех точках, определяемых методикой, были ниже допускаемых.
Кроме хоппер-дозаторов обследованию подвергались также думпкары, снегоуборочные машины, дрезины ДГКу, автомотрисы, платформы. В целом процент выбракованных СПС незначителен и составляет не более 5%, оснтальным возможно продление срока полезного использования. Таким образом, подтверждена целесообразность проведения работ по продлению срока полезного использования СПС. Обоснована возможность разработки технических требований на капитально-восстановительный (капитальный с продлением срока полезного использования) СПС. На основании проведенной классификации дефектов, выбраны основные узлы, неработоспособное состояние которых угрожает безопасной эксплуатации СПС и разработаны технические требования на усиление базовых элементов и узлов СПС. На основе этих требований разработана проектно-констнрукторская документация на капитально-восстановительный (капитальный ремонт с продлением срока полезного использования) специального поднвижного состава хозяйства пути, в частности, хоппер-дозаторов, думпкаров, платформ, используемых в хозяйстве пути, а также ДГКу, СМ и т.д. (в дальнейшем КВР). Проекты внедрены на ремонтных предприятиях МПС РФ, впонследствии ОАО РЖД,
Оценка экономической эффективности целесообразности проведения работ по модернизации СПС хозяйства пути с целью продления сроков полезного использования осуществлялась в соответствии с Методическими рекомендациями по оценке эффективности инвестиционных проектов, утвержденными Минэкономоразвиития, Минфином и Госстроем России 21.06.1999 г. за № ВК 477. Рассматривалось два варианта пополненния парка СПС: первый, при котором существующий тип СПС с истекшим сроком службы списывается, а взамен приобретается новый, второй, по которому СПС проводится модернизация и срок полезного использования продлевается на 10 лет. Оценка предстоящих результатов осуществлянлась в пределах расчетного периода, продолжительность которого приниманлась равной нормативному сроку службы СПС (см. табл.2). Поскольку основным показателем оценки общей экономической эффективности мероприятий на железнодорожном транспорте является дисконтированный доход, то приведение разновременных результатов и затрат к начальнному моменту времени осуществлялось с помощью коэффициентов приведенния при норме дисконта, рекомендуемой для железнодорожного транспорта, а именно- 0,1. Интегральный эффект определялся как сумма эффектов за весь расчетный период, приведенный к начальному шагу или как превышение интегральных результатов над интегральными затратами. В частности, для хоппер-дозаторов, расчеты показали экономическую целенсообразность проведения их модернизации без принципиального изменения конструктивных особеннонстей, в основном за счет усиления базовых узлов хоппер-дозатора. В этом случае разность приведенных расходов с учетом дисконтирования составила более чем плюс 20% от стоимости нового СПС. Однако разность приведенных расходов с учетом дисконтирования между вариантом проведения модернизации с изнменением конструкции СПС и наделению ее новыми функциональными возможностями и изготовлением нового СПС с теми же функциональными возможностями составила минус 15% от стоимости нового, что подтверждает целесообразность разработки новых СПС с расширенными функциональными возможностями.
В четвертой главе на основе принципа композиционного проектированния разрабатывается комплекс технических средств и определяемых этими средствами технологий ремонта железнодорожного пути в системе его техннического обслуживания. В основе организации технического обслуживания железнодорожного пути лежат работы по текущему содержанию пути, одним из основных видов этих работ является выправка и подъемка пути. Критериями назначения выправки пути служат отклонения от норм по даннным путеизмерительного вагона (по уровню, отводам возвышения наружных нитей в местах сопряжения прямых с кривыми, местным просадкам), а также по результатам визуального осмотра. В главе разрабатывается механизированная и автоматизированная технология работ по текущему сондержанию пути, основанная на применение моделей оценки состояния пути теоретически обоснованных в главе 2 с расчетом объема работ по выправке, рихтовке и подбивке пути и определением мест локальных неисправностей и объема подсыпаемого в эти места балласта. Блок схема автоматизированной технологи работ по текущему содержанию пути представлена на рис.5.
Рис.5.Блок схема автоматизированной и машинизированной технологии основных работ по текущему содержанию пути
Для реализации этой технологии требуется создание новых технических средств. Типовые технологические процессы ремонта и текущего сондержания пути ориентированы на использование эксплуатаирующихся СПС старых моделей, в частности, хоппер-дозаторов моделей типа ЦНИИ ДВЗ и 55-76 постройки прошлого века. Анализ результатов эксплуатации этих хопперов выявил следующие основные недостатки их коннструкции: перед препятствием (мост, стрелка, высокие пассажирские платнформы) дозатор дожжен быть поднят, поэтому хоппер-дозатор выгружают полностью, независимо от потребности, определяемой технологий работы, том числе на обочину, а затем дозатор приводят в транспортное положение и продолжают движение. При работе на стрелочных переводах отметку выгрузки балласта устанавливают исходя из гарантированного прохода дозатора над контрельсом, а не из технологии работ, при этом вагон вынуждено грузят наполовину, так как при ремонте стрелки, балласта требуется меньше, чем объем кузова хоппер-дозантора ЦНИИ ДВЗ и 55-76. Эти и другие выявленные в пронцессе анализа недостатки конструкции приводят к неоправданному расходу балласта и последующей уборке его вручную, к длительному закрытию пенрегона, к необходимости подсыпать балласт в места локальных вырезок вручную, то есть к невозможности реализации предложенной автоматизированной технологии текущего содержания пути. Поэтому было принято решение о создании нового хоппер-дозатора, позволяющего решить проблему автоматизации и механизации технологии текущего содержания пути. Были разработаны технические требования к новому хоппер-дозатору, его принципиальное отличие от предыдущих моделей состоит в оригинальной конструкции, основанной на способе непрерывного прерывания потока балласта с любой скоростью. Это позволяет за счет скорости поворота крышек разгрузочных люков бункера, регулировать объем поступающего на путь балласта. Обоснована необходимость создания универсального хоппер-дозатора, пригодного для строительства, капитального ремонта, текущего содержания пути и доставки балласта на базы ПМС и на основе технических требований к новому хоппер-дозатору разработана конструкторская документация, по которой был изготовлен опытный образец.Прочностные расчеты конструкции хоппер-дозатора проводились по типовым нормам для расчета на прочность новых и модернизированных вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм. Отдельно проводились расчеты на прочность крышек разгрузочных механизмов. По разработанной методике испытаний в испытательном центре ФГУП ВНИИЖТ на аккредитованном в РС ФЖТ испытательном оборудовании были проведены испытания опытных образцов хоппер-дозатора. Подтверждено, что прочность основных несущих элементов конструкции хоппера донзатора по условию не превышения предела текучести обеспечена. Комиссией МПС хоппер-дозатор был принят в серийную эксплуатацию и с 2001 года поставляется на железные дороги РФ (модель ВПМ- 770). Кроме подсыпки балласта при текущем содержании выполняются и другие работы. Поэтому были разработаны: устройство для смены шпал, типажный ряд гидравлического инструнмента, суть которого в применении модульного принципа построения конструкции. Инструмент состоит из двух узлов: базовый узел - гидропривод, выполненный в виде насосной группы с цилиндром, и набор вторых съемных узлов, соединяемых с гидронприводом, и ориентированных на конкретные виды работ по текущему содержанию пути, в частности: опорные плиты (домкраты, рихтовщики и т.п.), специальные захваты (разгонщики и другие).
По разработанной и утвержденной методике эксплуатационных испынтаний обобщен опыт работы хоппер-дозаторов ВПМ -770 при капитальных ремоннтах, текущем содержании пути на перегоне, станциях и сортировочных горках, смене стрелочных переводов. При смене стрелочных переводов разнгрузка хоппер-дозатора производилась на отметке +150. При ремонте сорнтинровочных горок Ц10, а при работе на перегоне на всех отметках в зависимонсти от профиля пути. При капитальном ремонте на перегоне в условиях Сенверной ж.д. в вертушку были поставлены хоппер-дозаторы старых моделей (55-76, ЦНИИ ДВЗ М) с продленным после КВР(см.гл.3) сроком службы и новой модели ВПМ-770 производства разных заводов. Проведена, в том числе оценка качества изготовления новых моделей и работ по модернизанции старых хоппер-дозаторов различными заводами. Результатом проведеннных исследований работы явилась разработка рекомендаций по устранению конструктивных и технологических недостатков изготовления хоппер-дозанторов, обоснование требований к модельному ряду хоппер-дозаторов нового поколения. Проведенная классификация работ с балластными материалами позволила выделить три основных вида работ, при выполнении которых иснпользуется хоппер-дозатор: доставка к месту работ; укладка балласта в путь; распределение балласта на пути. Универсальный хоппер-дозатор ВПМ-770 позволяет выполнять все виды работ. Однако как показал проведенный анализ результатов его эксплуатации, а также анализ зарубежного опыта (см.гл.1) более эффективно разрабатывать технические средства под коннкретные технологии путевых работ. На основе проведенных исследований разработаны технические требования к модельному ряду хоппер-дозаторов нового поколения. Для доставки балласта на базы ПМС предложена модифинкации хоппер-дозатора ВПМ-770 Т, которая может быть также использована при капитальном ремонте и строительстве железнодорожного пути. Модинфикация хоппер-дозатора ВПМ-770 М направлена на упрощение конструкнции базовой модели ВПМ-770 и повышение скорости выгрузки балласта в зимний период, в том числе за счет расширение проемов разгрузочных люков бункера. В соответствии с техническими требованиями на создание модельнного ряда нового поколения хоппер-дозаторов разработка модификации универсальнного хоппер-дозатора проводилась внесением в конструкцию универсальнного хоппер-дозатора ВПМ-770 следующих дополнений. Модификации хопнпер-дозатора, ориентированные на доставку балласта имеют съемный дозантор, а проемы разгрузочных люков расширены в полтора раза по сравнению с базовой моделью и старыми моденлями ЦНИИ ДВЗ и 55-76, что делает эту модификацию хоппер-дозаторов дешевле базовой на 7-10% и упнрощает вынгрузку смерзшегося балласта в зимний период. Модернизация ВПМ-770, нанправленная на повышение эффективности использования хоппер-дозатора ВПМ-770 при текущем содержании пути, занключается в том, что к хоппер-дозатору частично добавляются функции планировщика балласта, в частнонсти, на дозатор навешивается плужки и щетки, а в рабочем положении дозантор устанавливается на катки, катящиеся по рельсам, позволяющие опустить его на минимальную отметку и затем очищать шпалы от балласта. К дозатору крепятся ограничительные экнраны, верхние кромки которых находятся выше нижних кромок проема разнгрузочного люка, как в транспортном, так и рабончем положении дозатора, а нижние кромки ограничительных экранов находятся в одной плоскости с нижней плоскостью поперечной балки дозатора. При опускании дозатора в рабочее положение, ограничительные экраны не выходят за пределы стен бункера, образуя общий с ним ящик без дна. Поворачивая крышку разгрунзочного люка за вал, происходит совмещение разгрузочного проема крышки с разгрузочным проемом бункера и балласт, выгружаясь в ящик, ограниченнный со всех сторон экранами, попадает на путевую решетку. Такой способ разгрузки балласта позволяет производить его локальную (точечную) укнладку на путевую решетку в соответствующую зону выгрузки, а также обеснпечивает экологически чистый способ выгрузки балласта при производстве работ, что особенно важно на станционных путях. Модульный принцип построения конструкции СПС хозяйства пути был реализован созданием платформы для перевозки материалов и оборудования при ремонтах железнодорожного пути. Разработка и серийное внедрение платформы ПМ-820 осуществлялось на основе исследований проведенных при создании хоппер-дозатора ВПМ-770. Отличительная особенность платформы, установка на нее съемного оборудования, позволяющая применять ее под конкретные технологии ремонтов пути. В частности, платформа устанавливается в составах для засорителей, составах для перевозки рельсовых плетей, для перевозки колесных пар и т.д. Под машинизированную технологию текущего содержания пути разработаны съемные модули (модель МДН-810), позволяющие осуществлять точечную подсыпку минимального объема балласта в места локальных вырезок. Схемы выгрузки хоппер-дозаторами модели ВПМ-770 и модуля МДН-810 приведены на рис.6.
а) б)
Рис.6. Схема выгрузки и укладки балласта: а)Хоппер-дозатор ВПМ-770; б)модуль МДН-810
Под отдельные виды путевых работ разработаны новые технологии с применением созданных технических средств, практическая реализация которых выразилась в разработке технологических процессов, в частности: по засыпке мест зарядки и разрядки щебнеочистительных машин; на дозированнную выгрузку балласта с изменением толщины балластного слоя в местах устройств отводов, на подходах к мостам; дозированию выгрузки балласта при ремонте стрелочных переводов; выправки пути с дозировкой балласта в местах выявленных отступлений и др.
На дорогах сети эксплуатируются путевые машины с автоматизированной системой выправки и рихтовки пути, оборудованные микропроцессорными системами выправки и рихтовки пути, разработанными во ВНИИЖТ под руководством Ершовой К.Б и в СГУПС под руководством Бредюка В.Б. Для экспериментальной проверки работоспособности разработанной автоматизированной и машинизированной технологии текущего содержания пути и оценки ее экономической эффективности были выбраны на Юго-Восточной ж.д. хоппер-дозатор ВПМ-770 и машина ВПР-02М, оборудованная микронпроцессорной системой выправки пути ВНИИЖТ, в программу которой был заложен, разработанный в процессе проведенных исследований, алгоритм (см.рис.5),основанный на теоретических исследованиях главы 2. На рисунке 7 видно, что при использовании хоппер-дозаторов моделей ЦНИИ ДВЗ или 55-76 пришлось бы засыпать участок пути ровным слоем по максимальной величине просадки в 242 мм, в то время как ВПМ-770 обеспечивает точечную подсыпку балласта.
Рис. 7. Объем точечной выгрузки балласта
В среднем по результатам расчетов по другим участкам пути на 1 км пути требуентся 314 м3 балласта при использовании технических средств, разработанных в настоящей главе, а то же, но при выгрузке старыми моделями хоппер-дозаторов средний объем состанвил порядка 500 м3. Таким образом, экономия щебня составляет более 60% и при этом, нет необходимости в уборке лишнего балласта.
Проведенные исследования позволили обосновать экономическую и техническую целесообразность создания специальной машины с микропроцессорной системой управления крышками разгрузочных люков бункера с балластом и устройствами по выправке и рихтовке пути. Разработаны технические требования на эту машину. Машина содержит силовой агрегат, кабину с микропроцессорной системой и блонками управления перемещением и работой машины, устройство управления выправкой железнодорожного пути, бункер для подсыпки балласта с разгрузочными люками, связанные с блоком управнления ими, который в свою очередь связан блоком определения объема балнласта, обеспечивающим автоматизированный расчет объем потребного щебня. Блок определения объема балласта состоит из соединенных между сонбой устройства для определения величин сдвижек и подъемок пути и блока сравнения величин подъемок пути с определением объема необходимого для подсыпки балласта. Устройство для определения величин сдвижек и подъемок пути содержит соединенные между собой блок сравнения фактинческого положения пути с заданным (проектным) положением пути и блок определения величин сдвижек и подъемок пути, который в том числе обеснпечивает пересчет записанных стрел прогиба пути в продольном профиле в просадки пути. Алгоритм работы машины следующий: блок сравнения велинчин подъемок пути с определением объема необходимого для подсыпки балласта сравнивает величины подъемок пути, определяет изменение попенречной площади призмы при подъемке пути и определяет объем необходинмого для подсыпки в путь балласта и контролирует блок управленния устройства подсыпки балласта.
Блок управления устройства для подсыпки балласта управляет включеннием и выключением привода, который поворачивает валы, открывая или занкрывая крышки. При работе машины в соответствии с определенными величинами сдвижек и подъемок пути в блоке определения объема балласта определяется количество балласта, необходимого для подсыпки на путь. Если необходима значительная подъемка рельсошпальной решетки, а балласта на балластной призме недостаточно, то, чтобы после выправки пути (подъемки его) он остался в заданном положении, подается команда блоку управления устнройства для подсыпки балласта на включение привода, при помощи которого открываются крышки бункера и производится выгрузка балласта из емкости на определенный участок пути. Количество выгруженного балласта на этом участке пути будет соответствовать рассчитанному блоком определения обънема балласта и в соответствии с командой на привод. Команда может поданваться на определенное время (крышка открыта полностью в течение опреденленного времени) или на определенное время и на заданный угол поворота крышки (крышка открыта частично в течение определенного времени). Зантем выправочно-подбивочно-рихтовочное устройство производит сдвижку и подъемку пути и подбивку балласта.
Таким образом, машина, обеспечивая расчетную подсыпку балласта при выправке пути в зонах, где его недостаточно, дает возможность повысить качество выправки железнодорожного пути, сократить время на ремонт учанстка пути и обеспечить реализацию разработанной автоматизированной и машинизированной технологии текущего содержания пути.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Диссертация является законченной научной работой, в которой решена крупная научно-техническая проблема, имеющая важное народно- хозяйстнвенное значение, заключающееся в создании и серийном внедрении средств технического обслуживания железнодорожного пути, обеспечивших разработку новых технологий ремонтов и текущего содержания пути. При этом реншена проблема продления ресурса эксплуатируенмого на дорогах сети специнального подвижного состава, что позволило до насыщения отрасли новыми техническими средствами сохранить возможность вынполнения потребного объема ремонтов пути.
Проведенные теоретические и экспериментальные исследования понзволили получить следующие научные выводы и практические результаты:
1. Обоснована целесообразность выделения в системе технического обслуживания железнодорожного пути двух подсистем: оценки состояния железнодорожного пути и выранботки управляющих воздействий на путь в виде технологий ремонта и текунщего содержания и технических средств, обеспечивающих проведение этих работ. Разработана технология формирования базы данных о состоянии железнодорожного пути в АСУ-путь.
2.Для повышения информативности оценки состояния пути в системе технического обслуживания железнодорожного пути разработаны:
- методы и модели оценки состояния пути на осннове теории выбронсов и пересечений случайных процессов, анализа и прогнозирования возможных неисправностей пути по показаниям вагона путеизмерителя, включая оценку объемов преднполагаемых работ;
- устройства, позволяющие увеличить количество контролируемых параметров для повышения информативности оценки состояние пути.
3. На основе методов функционального анализа сложных технических систем проведен анализ эксплуатации специального поднвижного состава на дорогах сети в системе технического обслуживания железнодорожного пути и:
-разнработана модель эксплуатации СПС в системе технического обнслуживания железнодорожного пути;
- обоснована необходимость и определены пути решения проблемы продления срока полезной эксплуатации специального подвижного состава хонзяйства пути, которые выработали нормативный ресурс.
4. Разработана технологическая система продления срока полезной эксплуатации специального подвижного хозяйства пути, включающая разработку: правил и порядка организации этих работ; технологии их проведенния; методов и моделей прогнозирования оценки остаточного ресурса; ментодик диагностирования специализированного поднвижного сонстава хозяйства пути, организационно-методического обеспечения работ по модернизации СПС хозяйства пути.
5. На основе обобщения и систематизации результатов, проведенного по дорогам сети технического диагностирования специального подвижного состава хозяйства пути, разработаны технические требования к модернизации СПС, на их основе проектно-конструкторская докуменнтация на капитально-восстановительный (капитальный с продлением срока полезного использования) ремонт и модернизацию СПС хозяйства пути и организовано их серийное внедрение.
6.Разработаны технические средства системы технического обслуживания железнодорожного пути нового поколения:
- модельный ряд хоппер-дозаторов (ВПМ-770 и его модификации), платформа для доставки материалов и оборудования при ремонтах пути (ПМ-820), серийно поставляемые на дороги сети;
-модуль дозировочный навесной МДН-810 и средства малой механизации.
7. На основе обобщения опыта эксплуатации внедренных на дорогах сети дорог технических средств нового поколения и теоретических исследований по повышению информативности оценки состояния пути разработаны:
- автоматизированная и машинизированная технология текущего содержания пути;
- технологии выполнения отдельных видов путевых работ, включенные в типовые технологические процессы;
- специализированная машина, обеспечивающая автоматизацию основных работ по текущему содержанию пути.
Основные положения диссертации опубликованы более чем в 50 рабонтах, из которых 11(позиции 4,6,9,10,11,14,15,16,17,18,19) опубликованы в утвержденном ВАК перечне периодиченских научных и научно-технических изданий, в которых рекомендуется пубнликация основных результатов диснсертаций на соискание ученой степени доктора технических наук, 22 патента на изобретение.
1. Сычев В.П. Формализация анализа информационных потоков в заданчах АСУ путь. Вестник ВНИИЖТ. №7, 1980. Стр.42-45.
2.Сычев В.П.Прогнозирование состояния рельсовой колеи при планинровании работ по текущему содержанию пути. Вестник ВНИИЖТ. №1, 1982. Стр.41-43.
3.Сычев В.П. Контроль качества содержания пути с помощью ЭВМ. Вестник ВНИИЖТ. № 6, 1982.Стр.47-49
4. Исаев К.С.,Сычев В.П., Щекотков Ю.М. Путеизмерительный вагон-эффективность использования. Железнодорожный транспорт. №11 1984. Стр.28-30.
5.Сычев В.П. Обоснование моделей планирования путевых работ по показаниям вагона-путеимерителя. Вестник ВНИИЖТ. №8, 1984. Стр.45-49
6. Сычев В.П. Автоматизация контроля и информации в хозяйстве пути. Железнодорожный транспорт. №10, 1986. Стр.36-40.
7.Коган А.Я., Полещук И.В.Сычев В.П. О зависимости бальной оценки состояния пути и его статистических характеристик. В сб. Современные матенматические методы в задачах динамики подвижного состава и ж.д.пути. Труды ВЗИИТ. Вып.140. М.,1987. Стр.34-36.
8.Сычев В.П. Совершенствование планирования содержания и ремоннтов пути. Вестник ВНИИЖТ. №4, 1987. Стр 51-53.
9.Кемеж Н.П., Зернов В.М., Сычев В.П. Вторая жизнь хоппер-дозатонров. Путь и путевое хозяйство. № 5, 1999. Стр.7-9.
10. Сычев В.П., Шаринов И.Л.,Кочнов А.Д., Самохин С.А. Прочность хоппер-дозаторов. Путь и путевое хозяйство. № 7, 1999. Стр. 14-16.
11.Коган А.Я., Петуховский С.В., Сычев В.П., Холин А.Л. Технология выправки и текущего содержания пути. Путь и путенвое хозяйство. № 11, 2001. Стр.22,23.
12.Сычев В.П. Хоппер-дозаторы нового поколения. Транспортное строинтельство. № 4, 2003. Стр.18-21.
13.Сычев В.П., Цюренко В.Н. Перспективы использования железнодонрожной техники с истекшим нормативным сроком службы. Транснпортное строительство. № 9, 2003. Стр.22-23
14. Бугаенко В.М., Сычев В.П., Михович М.В. Хоппер-дозатор ВПМ-770. Путь и путевое хозяйство. №12, 2003. Стр.7-8.
15.Сычев В.П.,Феденков В.В.Универсальный гидроинструмент. Путь и путевое хозяйство. № 11, 2004. Стр.24-25.
16. Сычев В.П. Об остаточном ресурсе путевой техники. Путь и путенвое хозяйство. № 2, 2005. Стр.30-32.
17.Сычев В.П., Бельских И.Н.Устранение выплесков.Путь и путенвое хозяйство. № 7, 2006. Стр. 19-20.
18.Амигут М.Г., Козелков А.Л., Сычев В.П. Продление полезного иснпользования СПС . Путь и путевое хозяйство. № 9, 2006. Стр.18-20.
19.Сычев В.П. Модельный ряд хоппер-дозаторов нового поколения. Путь и путевое хозяйство. № 7, 2007. Стр.22-25.
20. Авторское свидетельство 1550022 СССР. Устройство для контроля величины стыкового зазора в рельсовой плети железнодорожного пути. Сычев В.П., Матвецов В.И., Могила В.С., Корягин В.С., Шишкин Е.М., Якимова М.И. Б.И. №1 от 15.03.1990.
21. Авторское свидетельство 1624083 СССР. Устройство для контроля состояния рельнсового пути. Сычев В.П., Соколов И.Е.. Б.И.№ 4 от 30.01.1991.
22. Авторское свидетельство 1791238 СССР. Устройство для контроля неисправности колесной пары. Сычев В.П., Соколов И.Е., Кривоногов В.В, Косарев Л.Н. Б.И. № 4 от 30.01.1993.
23. Авторское свидетельство1801844 СССР. Устройство для обнаружения механиченски напряженных участков рельсов. Соколов И.Е.Сычев В.П. Б.И. № 10 от 15.03.1993.
24. Авторское свидетельство 1758297 СССР. Пневматический домкрат. Сычев В.П., Горелик Б.М., Коноваленко С.А., Лобанов В.Н., Шальннев С.В. Б.И. №,32 от 30.08.1992.
25. Авторское свидетельство 1789402 СССР. Устройство для оповещения о приближеннии подвижного состава к месту работ. Сычев В.П., Соколов И.Е. Б.И.№ 3 от 23.01.1993.
26. Авторское свидетельство 1786220 СССР Устройство для определения угона рельнсов. Сычев В.П., Соколов И.Е. Б.И. № 1 от 07.01.1993.
27.Патент 2008403 РФ. Противопожарный материал. Сычев В.П., Медведев Ю.Н., Поединцев И.Ф., Можарова Н.П., Баженова Т.С., Родионов А.Ф. Б.И. № 4 от 28.02.1994.
28. Патент 2010076 РФ. Устройство для смены шпал. Сычев В.П., Васильев Н.В., Карпов Н.А. Б.И.№6 от 30.04.1994.
29. Патент 2112826 РФ. Путевой инструмент. Сычев В.П., Феденков В.В. Б.И. № 16 от10.06.1998.
30. Патент 2171755.РФ. Хоппер-дозатор. Сынчев В.П. Кузьминых А.Б., Зернов В.М., Михович М.В. Самохина Л.Ф. Б.И.№ 22 от 10.08.2001.
31. Патент 2180888 РФ.Хоппер-дозатор. Сынчев В.П., Бугаенко В.М., Михович М.В. Б.И.№ 9 от 27.03.2002.
32.Свидетельство на полезную модель22456 РФ.Хоппер. Сычев В.П., Терентьев Б.Н., Воронин О.Ю., Бугаенко В.М. .Б.И.№ 10 от 10.04.2002.
33. Патент 2192362 РФ. Бункерный вагон. Сычев В.П., Михович М.В. Б.И. № 31 от 10.11.2002.
34. Свидетельство на полезную модель 24171 РФ. Бункерный вагон. Сычев В.П., Михович М.В. Б.И..№ 21 от 27.07.2002.
31.Патент 2196860 РФ. Путевая машина.Сычев В.П., Михонвич М.В. Б.И. № 2 от 20.01.2003.
35. Патент 2205763 РФ. Хоппер-дозатор. Сычев В.П., Михович М.В. Б.И.№ 16 от 10.06.2003.
36. Свидетельство на полезнную модель на полезную модель 34125РФ. Хоппер-дозатор. Сычев В.П., Михович М.В. Б.И..№ 33 от 27.11.2003.
37. Патент № 2221718 РФ. Хоппер-дозатор. Сычев В.П., Михович М.В. Б.И. № 2 от 20.01.2004.
38. Патент 2221719 РФ. Хоппер-дозатор. Сычев В.П., Михович М.В. Б.И. № 2 от 20.01.2004.
39. Патент 2270115 РФ. Устройство для дозированной выгрузки балласта. Сычев В.П., Михович М.В., Б.И. №5 от 20.02.2006.
39. Патент 2291076 РФ. Хоппер-дозатор. Сычев В.П. Б.И. №1 от 10.01.2007, опубнликовано 10.01.2007г.
39. Патент 2293674 РФ. Хоппер-дозатор. Сычев В.П., Михович М.В., Терентьев Б.Н., Шанраевский В.К. Б.И. .№8 от 20.02.2007.
42.Патент(положительно решение) PCT-12411183. Ballast regulator hopper. Сычев В.П. Internatiol applicaнtion No: PCT/RU2006/000388 от 22.02.2007.
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям