Содержание к диссертации
Введение
Проблемные вопросы организации технической эксплуатации и повышения
надежности устройств железнодорожной автоматики и телемеханики 11
1.1 Состояние и направления развития системы технического обслуживания и ремонта устройств ЖАТ 11
1.2 Уровень надежности и качество технического обслуживания
и ремонта устройств ЖАТ 16
1.3 Анализ скорости расходования ресурса напольных устройств ЖАТ 21
1А Пути снижения затрат на техническое обслуживание и ремонт напольных устройств ЖАТ
1.5 Методы оптимизации процесса технического обслуживания и ремонта устройств ЖАТ
1.6 Выводы 35
2 Модели процесса технического обслуживания и ремонта напольных устройств ЖАТ
2.1 Обобщенная модель процесса технического обслуживания и ремонта устройств ЖАТ
2.2 Марковская модель процесса технического обслуживания и ремонта стрелочных электроприводов 42
2.3 Модель процесса технического обслуживания медных стыковых рельсовых приварных соединителей 52
2.4 Модель процесса технического обслуживания стальных стыковых рельсовых приварных соединителей 60
2.5 Выводы 64
3 Разработка методов определения рациональной периодичности технического обслуживания и ремонта стрелочных электроприводов с учетом скорости расходования их технического ресурса 66
3.1 Анализ эксплуатационных расходов связанных с использованием по назначению стрелочных электроприводов 66
3.2 Методика расчета вероятностей пребывания стрелочных электроприводов в различных состояниях 70
3.3 Оптимизация периодичности технического обслуживания стрелочных электроприводов по технико-экономическому критерию 87
3.4 Поиск рациональной периодичности технического обслуживания стрелочных электроприводов 93
3.5 Разработка методики назначения сроков капитальных ремонтов стрелочных электроприводов с учетом скорости расходования их технического ресурса 96
3.6 Выводы 103
4 Методы увеличения ресурса токопроводящих элементов рельсовых линий на участках с электротягой переменного тока 105
4.1 Техническое обслуживание то ко проводящих элементов рельсовых линий 105 4.2 Анализ схем замещения рельсовых линий 107
4.3 Исследование электрических параметров дроссельных перемычек в коротких рельсовых цепях 1 11
4.4 Исследование электрических параметров токопроводящих стыков с медными рельсовыми приварными соединителями 116
4.5 Испытания стальных стыковых рельсовых приварных соединителей на участках с электротягой переменного тока 118
4.6 Сравнительный анализ долговечности стыковых рельсовых приварных соединителей разных типов 124
4.7 Методика назначения периодичности технического обслуживания стыковых рельсовых приварных соединителей разных типов 126
4.8 Эффективность применения дифференцированного подхода к техническому обслуживанию стыковых рельсовых соединителей 129
4.9 Выводы 133
5 Разработка технических решений для повышения качества технического обслуживания устройств ЖАТ и оценка их эффективности 135
5.1 Постановка задачи 135
5.2 Разработка способа для диагностирования состояния элементов токопроводящих рельсовых стыков 135
5.3 Разработка устройства для диагностирования состояния элементов токопроводящих рельсовых стыков 137
5.4 Разработка устройства для измерения параметров рельсовых цепей на электрифицированных железнодорожных линиях 138
5.5 Технико-экономическая эффективность применения стальных стыковых соединителей 139
5.6 Выводы 143
Заключение 144
Библиографический список 148
Приложение 1. Пример и результаты расчета трудоемкости технического
обслуживания стрелочных электроприводов 161
Приложение 2. Определение непродуктивных затрат времени при
техническом обслуживании стрелок ЭЦ 164
- Состояние и направления развития системы технического обслуживания и ремонта устройств ЖАТ
- Обобщенная модель процесса технического обслуживания и ремонта устройств ЖАТ
- Анализ эксплуатационных расходов связанных с использованием по назначению стрелочных электроприводов
- Техническое обслуживание то ко проводящих элементов рельсовых линий 105 4.2 Анализ схем замещения рельсовых линий
- Разработка способа для диагностирования состояния элементов токопроводящих рельсовых стыков
Введение к работе
Актуальность работы. При обслуживании систем автоматики и телемеханики, эксплуатируемых в народном хозяйстве, широко используется регламентное обслуживание. Наиболее передовой способ технического обслуживания «по состоянию» требует наличия высоконадежной и достаточно точной контрольной аппаратуры, что сопряжено с определенными техническими трудностями и требует дополнительных денежных затрат. Поэтому в настоящее время во многих отраслях техники, на промышленном и магистральном железнодорожном транспорте используется в основном регламентное обслуживание таких систем.
Одной из важнейших задач для промышленных предприятий и всех отраслей транспорта в сложившихся условиях является обеспечение эффективности их работы за счет снижения затрат на эксплуатацию всех технических средств. Достижение указанной цели возможно за счет высокого качества технической эксплуатации с постепенным переходом на обслуживание «по состоянию», что уменьшает влияние «человеческого фактора» на работу устройств. Данная задача весьма актуальна, в том числе, и для устройств железнодорожной автоматики и телемеханики (ЖАТ).
Рост объемов перевозок, повышение скоростей движения и веса поездов на основных направлениях железных дорог увеличивают интенсивность работы устройств ЖАТ, особенно напольных. На второстепенных линиях интенсивность работы устройств ЖАТ на порядок меньше, но затраты на их эксплуатацию при действующей организации технического обслуживания остаются соизмеримыми с затратами на эксплуатацию устройств ЖАТ на линиях основных направлений. Интенсивность работы устройств ЖАТ даже на одной станции также сильно различается на главных и боковых путях.
Единая периодичность профилактических работ по техническому обслуживанию устройств ЖАТ по всей сети дорог ведет к нерациональному использованию трудовых ресурсов. Шагом к дифференцированию сроков
проведения работ по техническому обслуживанию устройств ЖАТ стало введение периодичности выполнения работ по техническому обслуживанию устройств и сроков проведения капитальных ремонтов с учетом категории железнодорожных линий по интенсивности движения поездов.
Введенная с использованием метода экспертных оценок дифференцированная по линиям разных категорий периодичность работ по техническому обслуживанию и капитальным ремонтам устройств ЖАТ без серьезного научного обоснования недостаточно учитывает реальный расход их технического ресурса, что приводит к неоправданному росту эксплуатационных расходов и повышенному отрицательному влиянию «человеческого фактора» на надежность и безопасность данных устройств.
Это определяет актуальность задачи разработки научных основ и методов для определения сроков выполнения работ по техническому обслуживанию и капитальным ремонтам устройств ЖАТ в зависимости от скорости расходования их технического ресурса.
Большой вклад в развитие теории и практики технической эксплуатации, совершенствования методов организации технического обслуживания и ремонта технических средств, в том числе и устройств ЖАТ, обеспечивающих безопасность движения поездов, внесли известные отечественные и зарубежные ученые: В.М. Алексеев, Н.К. Анисимов, Е.Ю. Барзилович, Р. Барлоу, А.И. Брейдо, A.M. Брылеев, Д.В. Гавзов, А.В. Горелик, И.Е. Дмитренко, Г.В. Дружинин, Н.Г. Капитоненко, А.Г. Кириленко, Н.Ф. Котляренко, Ю.А. Кравцов, В.М. Лисенков, А.Б. Никитин, В.А. Овсянников, Л.В. Пальчик, А.С. Переборов, Ф. Прошан, Ю.М. Резников, В.В. Сапожников, Вл.В. Сапожников, А.Е. Федотов, А.И. Шадрин, В.И. Шаманов, А.В. Шишляков, Р.Ш. Ягудин и многие другие.
Цель диссертационной работы. Разработка научно-методологических основ и практических рекомендаций для создания дифференцированной системы технического обслуживания и ремонта напольных устройств ЖАТ с учетом скорости расходования их технического ресурса.
Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи.
Разработка методов математического моделирования организационно-технологической системы технического обслуживания и ремонта устройств ЖАТ на базе марковских процессов с дискретными состояниями и непрерывным временем.
Создание на базе синтезированных марковских математических моделей методики определения рациональной периодичности технического обслуживания по скорости расходования технического ресурса стрелочных электроприводов и стыковых рельсовых приварных соединителей, включающей решение оптимизационной задачи с использованием технико-экономического критерия, а также методики обоснования рациональных сроков проведения капитальных ремонтов стрелочных электроприводов.
Разработка методов контроля и диагностики состояния рельсовых линий электрических рельсовых цепей и синтез с их использованием технических средств, обеспечивающих оперативное получение более достоверной информации об остаточном ресурсе и техническом состоянии устройств.
Основные методы научных исследований. При решении поставленных в диссертации задач использованы методы, базирующиеся на теории надежности, теории графов, теории марковских цепей, теории электрических и рельсовых цепей, теории вероятностей и математической статистики, а также теории дифференциального исчисления.
Достоверность сформулированных в диссертации научных положений обусловлена корректностью исходных математических положений, обоснованностью принятых допущений, репрезентативностью статистических данных, подтверждена соответствием результатов теоретических и экспериментальных исследований, а также результатами обсуждения материалов работы на научно-технических конференциях и результатами внедрения разработанных технических решений.
Научная новизна. В диссертации впервые получены, составляют предмет научной новизны и выносятся на защиту следующие положения.
Обобщенная марковская модель организационно-технологической системы технического обслуживания и ремонта устройств ЖАТ и разработанные на ее основе частные модели подсистем технического обслуживания и ремонта стрелочных электроприводов и токопроводящих стыков рельсовых линий с разными типами стыковых рельсовых приварных соединителей.
Методика оптимизации по технико-экономическому критерию периодичности технического обслуживания стрелочных электроприводов на линиях с низкой интенсивностью движения поездов и на малодеятельных стрелках станций, расположенных на линиях основных направлений, созданная с использованием разработанной модели расходования технического ресурса устройств ЖАТ.
Методика поиска рациональной периодичности технического обслуживания стрелочных электроприводов с учетом ограничений, накладываемых особенностями эксплуатации систем ЖАТ на конкретных участках и методами планирования работ по их техническому обслуживанию.
Методика обоснования сроков проведения капитальных ремонтов стрелочных электроприводов на малодеятельных стрелках с учетом скорости расходования их технического ресурса.
Методика назначения сроков технического обслуживания стыковых рельсовых приварных соединителей в зависимости от величины их технического ресурса, разработанная на основе предложенных методов математического моделирования.
Практическая значимость и реализация результатов работы полученных в ходе диссертационных исследований, состоит в следующем.
1. Разработанные с использованием проведенных исследований стальные стыковые соединители для участков с электротягой переменного тока внедрены и успешно эксплуатируются на Восточно-Сибирской железной дороге (ВСЖД).
Разработанные методы учета скорости расходования технического ресурса и определения рациональной периодичности технического обслуживания стрелочных электроприводов являются методической базой для разработки системы технического обслуживания и ремонта напольных устройств ЖАТ с дифференцированными сроками проведения работ для железнодорожных линий разных категорий по интенсивности движения поездов и для устройств расположенных в районах станций с разной интенсивностью поездной и маневровой работы.
Разработанные способ и устройство для диагностирования состояния элементов токопроводящих рельсовых стыков, а также устройство для измерения асимметрии обратного тягового тока в рельсовых цепях без изолирующих стыков обеспечивают повышение ремонтопригодности рельсовых цепей и создают базу для перехода на их техническое обслуживание «по состоянию».
Основные теоретические положения и математические модели, а также результаты практической реализации диссертационных исследований используются в учебном процессе для студентов специальности 190402 «Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте» при изучении дисциплин «Организация производства дистанций сигнализации и связи», «Станционные системы автоматики и телемеханики» и «Автоматика и телемеханика на перегонах», а также при курсовом и дипломном проектировании на кафедре «Автоматика и телемеханика» ИрГУПС.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на: Международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития транспортных систем и строительного комплекса», посвященной 50-летию БелГУТа (Гомель, БелГУТ, 2003); Межвузовской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные проблемы радиоэлектроники» посвященной 109-й годовщине дня Радио (Иркутск, ИрГТУ, 2004); Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Ресурсосберегающие
технологии на железнодорожном транспорте», посвященной 50-летию филиала ИрГУПС в г. Красноярске (Красноярск, КФ ИрГУПС, 2005); а также на научно-технических семинарах кафедры «Автоматика и телемеханика» ИрГУПС.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ, в том числе одна в научно-техническом журнале «Автоматика, связь, информатика», рекомендованном ВАК для опубликования результатов диссертационных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка из 137 наименований и семи приложений. Общий объем диссертации составляет 179 страниц, из которых 143 страницы основного текста.
class1 Проблемные вопросы организации технической эксплуатации и повышения
надежности устройств железнодорожной автоматики и телемеханики class1
Состояние и направления развития системы технического обслуживания и ремонта устройств ЖАТ
Техническая эксплуатация устройств ЖАТ предусматривает проведение большого комплекса работ по их техническому обслуживанию и ремонту для обеспечения требуемого уровня безопасности и бесперебойности движения поездов. Под процессом технического обслуживания и ремонта (ТО и Р) устройств ЖАТ понимают комплекс работ необходимых для обеспечения высокого качества их функционирования от момента пуска в эксплуатацию (использования по назначению) до снятия с эксплуатации [13, 14, 61, 111].
В соответствии с ГОСТ 18322-78 [24] техническое обслуживание - эго регламентированный комплекс работ по поддержанию работоспособности или исправности устройств при эксплуатации и их оперативное восстановление после отказов. Ремонт - комплекс операций по восстановлению исправности или работоспособности устройств, а также восстановлению ресурсов усіройств или их составных частей.
В этот комплекс работ для устройств ЖАТ входят регламентные рабоїьі по ТО и контролю работоспособности функционирующих устройств, ремонтно-восстановительные работы отказавших устройств, работы по замене устройств, выработавших свой назначенный ресурс, и капитальный ремонт.
По объему проводимого ремонта для устройств ЖАТ применяются только два вида ремонта - текущий и капитальный [61, 111]. Текущий ремонт выполняется для обеспечения или восстановления работоспособности устройства заменой и (или) восстановлением отдельных элементов, а капитальный - для восстановления исправности и полного или близкого к полному восстановлению ресурса устройства с заменой или восстановлением любых его частей, включая базовые.
При организации ТО и Р устройств ЖАТ большое значение имеет правильное определение метода обслуживания устройств на конкретном участке. Игнорирование местных условий ведет либо к выполнению излишних профилактических работ и вмешательству в работу устройств, не нуждающихся в столь частых осмотрах, либо к недостаточному обслуживанию устройств, работающих в тяжелых эксплуатационных условиях.
Функционирование процесса ТО и Р устройств ЖАТ зависит от условии эксплуатации, изменение которых приводит к изменению требований к управляющим параметрам. Управлять данным процессом с целью повышения ею эффективности возможно изменением основных факторов, влияющих на данный процесс, с учетом внешних воздействий или ограничений. Схема процесса ТО и Р с учетом действующих факторов представлена на рис. 1.1.
Обобщенная модель процесса технического обслуживания и ремонта устройств ЖАТ
Решение задачи сокращения эксплуатационных расходов при эксплуатации технических систем, в том числе и систем железнодорожной автоматики и телемеханики, требует знания закономерностей поведения и изменения состояния устройств, входящих в эти системы. Динамику поведения и изменения состояния устройств необходимо рассматривать на всем отрезке времени эксплуатации.
Использование математического аппарата цепей Маркова позволяет описывать поведение как больших технических сисіем любого типа и назначения [6, 56, 93, 127], так и устройств, входящих в них [12, 38, 79, 80,96]. Однако надежность системы при проявлении деградационных процессов лучше описывается так называемыми «стареющими законами», учитывающими далекую предысторию [7]. Марковскую аппроксимацию процессов старения можно обеспечить за счет нелинейного преобразования -квантования по уровню случайных функций, характеризующих изменение во времени обобщенного параметра устройства или системы [II].
Нелинейное преобразование вполне естественно для устройств ЖАТ, так как при их техническом обслуживании параметры измеряются в дискретные, и, как правило, равноотстоящие моменты времени. Обычно считается, то марковская цепь описывает переходный режим некоторой системы на одинаковых интервалах времени [20, 102, ПО]. Это позволяет использовать цепи Маркова для исследования «поведения» или изменения состояний устройств ЖАТ на всем времени эксплуатации.
Цепь Маркова описывает последовательность сосюяний системы, в каждое из которых данная система может попасть независимо от предшествующего состояния, причем одновременно она не может находиться более чем в одном состоянии. Все возможные состояния системы образуют полную группу несовместных событий.
Вероятность перехода системы из одного состояния в другое (переходная вероятность) является условной вероятностью того, что система из состояния ( через определенный промежуток времени перейдет в состояние У, при этом система может «перейти» в то же состояние, то есть остаться в прежнем состоянии. Вероятности переходов являются стационарными, не изменяющимися во времени.
Анализ эксплуатационных расходов связанных с использованием по назначению стрелочных электроприводов
Основной задачей технического обслуживания всех устройств ЖАТ, в том числе и стрелочных электроприводов, является обеспечение требуемого уровня их безотказности, а при наступлении отказа - восстановление их работоспособности [14, 117]. В соответствие с этим эксплуатационные расходы, связанные с использованием по назначению стрелочных электроприводов, складываются из затрат на проведение регламентного ТО, ущерба в поездной работе от отказов и затрат от дополнительных расходов трудовых ресурсов на восстановление их работоспособности.
При существующей организации ТО устройств ЖАТ на линиях разных категорий различаются как затраты на регламентные работы по ТО, так и ущерб в поездной работе от отказов устрожив. Первая составляющая эксплуатационных расходов зависит от периодичности работ по ТО, различной на линиях разных категорий. А ущерб в поездной работе от отказов уменьшается с уменьшением интенсивности движения поездов.
Целью данного пункта является количественный анализ различия в рассматриваемых эксплуатационных расходах на примере стрелочных электроприводов, эксплуатируемых на железнодорожных линиях разных категорий, с использованием численных данных по ВСЖД. В расчетах учтены только защитные отказы и работы, обеспечивающие требуемый уровень надежности стрелочных электроприводов по этим отказам.
Техническое обслуживание то ко проводящих элементов рельсовых линий
Выполнение предъявляемых к рельсовой линии требований по величине продольной и поперечной асимметрий её электрических сопротивлений [3, 15] в значительной мере зависит от надежности токопроводящих элементов рельсовых линий, на которые приходится до 57 % отказов рельсовых цепей и значительная доля эксплуатационных расходов на их устранение [136].
Требуемая электрическая проводимость токопроводящих стыков на электрифицированных железнодорожных линиях обеспечивается приварными медными соединителями, которые на главных путях станций и на учасіках приближения и удаления дублируются еще и стальными штепсельными соединителями.
Максимально допустимая величина сопротивления токопроводящих стыков нормируется. В соответствии с требованиями ГОСТ 9.015-74 «Единая система защиты от коррозии и старения. Подземные сооружения. Общие технические требования» сопротивления токопроводящих стыков не должны увеличивать сопротивление РЛ больше, чем на 20 % на участках железных дорог с электротягой постоянного тока. Этим увеличивается уровень защиты сооружений от электрокоррозионного воздействия блуждающих токов [40].
Переменный тяговый ток имеет значительно меньшую коррозионную активность, поэтому явление электрокоррозии на участках с электротягой переменного тока практически не наблюдается. Из-за высокого индуктивного сопротивления рельсов при талом влажном грунте почти весь переменный ток электровоза стекает на землю на участке длиной 2 - 3 км от места его нахождения [126].
Разработка способа для диагностирования состояния элементов токопроводящих рельсовых стыков
Для автоматической локомотивной сигнализации важно распределение асимметрии тяговых токов вдоль всей линии, а при тональных рельсовых цепях, не имеющих изолирующих стыков с дроссель-трансформаторами, важно знать асимметрию тягового тока в рельсовых нитях в местах присоединения к ним аппаратуры рельсовых цепей.
Известны устройства для измерения различных параметров рельсовых цепей [3]. Однако эти приборы достаточно громоздки и требуют проведения множества манипуляций в процессе проведения измерений.
Известно также устройство для измерения сопротивления токопроводящих стыков - стыкоизмеритель для электрифицированных железнодорожных линий [121], однако это устройство обеспсчиваеі измерение только одного параметра.
Было разработано устройство для измерения параметров РЦ на электрифицированных железнодорожных линиях, которое функционально расширяет возможности этого сгыкоизмеригеля за счет обеспечения возможности измерения асимметрии тягового тока в любой точке РЛ.
На схему измерительного устройства с расширенными функциональными возможностями, оформлена заявка на изобретение [114], которая также находится в настоящее время на рассмотрении в ФИПС.
