Содержание к диссертации
Введение
1. Условия безопасности труда на путях сортировочной станции
1.1. Анализ травматизма среди составителей поездов -10
1.2. Технические средства обеспечения безопасности труда составителей поездов
1.3. Обзор выполненннх ранее исследований и постановка задач диссертации М
2. Исследование безопасности труда на сортировочной горке 50
2.1. Экспериментальное исследование условий и безопасности расцепления вагонов на сортировочной горке 50
2.2. Обоснование зон надежного и безопасного расцепления вагонов 67
2.3. Технологическая модель выполнения производственных заданий и вероятностная оценка безопасности труда составителей поездов на сортировочной горке 87
3. Технологические модели работы составителей поездов в парках станции
3.1. Математическая модель взаимодействия составителя поездов с машинистом маневрового локомотива ма
3.2. Обоснование и разработка устройства дистанционного управления маневровым локомотивом
3.3, Математическая модель работы составителя поездов цри использовании устройства дистанционной связи с локомотивом
4. Новые технические решения, направленные на повы шение безопасности труда составителей поездов
4.1, Обоснование и разработка устройств безопасного расцепления вагонов Щ
4.2, Оценка экономической и социальной эффективности использования разработанных технических средств
5. Выводи и предяожения
Литература
- Технические средства обеспечения безопасности труда составителей поездов
- Обоснование зон надежного и безопасного расцепления вагонов
- Обоснование и разработка устройства дистанционного управления маневровым локомотивом
- Оценка экономической и социальной эффективности использования разработанных технических средств
Технические средства обеспечения безопасности труда составителей поездов
Успешная и безаварийная работа сортировочных станций зависит преаде всего от четкости исполнения маневровой работы. В свою очередь качество маневровой работы во многом зависит от эффективности труда составителей поездов и их помощников.
Специфика выполнения производственных заданий требует от составителей поездов частого взаимодействия с подвижным составом, многократного пересечения колеи пути, значительных (до 10 км в смену и более) передвижений по меадупутьям и обочинам / 6.1 /.
При этом все еще довольно часты случаи травмирования составителей поездов и их помощников. Большинство несчастных случаев связано с выполнением трудовых операций в контакте с подвижным составом. К числу наиболее травмоопасных трудовых операций относятся: расцепление движущихся вагонов, спрыгивание с подножки движущихся вагонов или посадка на них, проезд на подножках вагонов в негабаритных местах станций / 4.12, 4.14 /.
Изучению условий труда составителей поездов посвящены работы ряда ученых: д.т.н. Шевандина М.А. / 4.II, 4.12, 4,18 /, к.т.н. Анненкова А.П. /6.1 /, к.т.н. Бекасова В.И. / 6.2 /, к.т.н. Майорова И.М. / 5.8 /, к.т.н. Титовой Л.И. / 6.5 /, Рат-кина М.И. / 6,2 / и других.
В результате проведенных ранее исследований установлено влияние различных факторов производственной среды на условия и безопасность выполнения составителями поездов производственных - м заданий, сделан существенный вклад в разработку организационных и технических мероприятий по повышению безопасности маневровых операций. Анализ основныз результатов перечисленных выше работ выполнен в разделе 1,3 настоящей диссертации. Отметим, что в большинстве указанных работ анализ безопасности труда составителей поездов выполнен на основании статистических данных о несчастных случаях, имевших место в период с I960 по 1975 годы. Вместе с тем за последние 10 лет в условиях работы железнодорожных станций произошли изменения. Прирост грузооборота за это время составил около 30/6, а протяженность железнодорожных линий увеличилась всего на 6 тыс. км или на 2$. Это значит произошло увеличение объема маневровой работы, повышение интенсивности и скорости маневровых передвижений при сравнительно небольшом изменении путевого развития. Достаточно указать, что в настоящее время Правилами технической эксплуатации железных дорог Союза ССР / 8,1 / разрешена скорость маневровых передвижений до 60 км/ч.
Повышению производительности и безопасности труда способствует внедрение прогрессивной системы внутристанционной работы, впервые успешно внедренной на станции Люблино. Сущность указанной системы / 4.17 / состоит в сочетании новых технических средств с научно-обоснованной технологией и передовыми методами труда. В частности, увеличилось количество носимых радиостанций, используемых работниками станций при маневровой работе. Широко внедряются новые типы радиостанций ("Днецр", "Сирена" и другие), имеющие большую мощность, снабжение шумоподавителями. Использование современных радиостанций позволяет улучшить взаимодействие между составителем поездов, машинистом маневрового локомотива и дежурным по станции. Применение радиосвязи позволяет составителям выполнять маневровую работу без помощников. Такие методы -А2 труда, как управление маневровым локомотивом без помощника машиниста, а также работа составителей поездов в одно лицо в последние годы получают все более широкое применение. В настоящее время по опыту станции ЛЬблино маневровые операции в одно лицо выполняются более чем 4 тысячами составителей поездов / 4,17 /.
Таким образом, в настоящее время условия безопасности труда при маневровой работе определяются взаимодействием двух тенденций. С одной стороны выполнение трудовых операций производится при повышенной скорости и интенсивности маневровых передвикений при работе машинистов и составителей в одно лицо. С другой стороны широко внедряется прогрессивная технология, передовые методы труда, организационные и технические мероприятия, направленные на повышение безопасности труда составителей поездов. Анализ, выполненный в / 4.12 /, сввдетельствует о том, что общий уровень травматизма среди составителей поездов и их помощников неуклонно снижается. Однако доля травм с инвалидным и смертельным исходом все еще остается высокой и не имеет заметной тенденции к снижению. Поэтому задача создания новых технических средств, повышающих безопасность и производительность труда составительских бригад имеет актуальное значение.
Для обоснования основных направлений разработки и внедрения технических средств обеспечения безопасности труда составителей поездов важно знать характерные причины несчастных случаев, оценить изменения в структуре травматизма, которые могли произойти за последнее десятилетие.
Обоснование зон надежного и безопасного расцепления вагонов
Объяснение резкого падения оценок, характеризующих удобство расцепления, в довольно узком диапазоне скоростей от 8 до 10,5 км/ч может быть получено из рассмотрения модели взаимодействия человека с составом при расцеплении вагонов. На рис. 2.4 изображено взаимное расположение составителя поездов относительно вагона в момент начала ("А") и в момент окончания ("В") расцепления. Чтобы расцепить автосцепки специальной вилкой составитель должен приложить значительное физическое усилие. Для увеличения усилий он использует массу своего тела и при повороте расцепной вилки одновременно поворачивает туловище. За счет этого, однако, работник должен замедлить свое движение. К моменту окончания расцепления его скорость существенно падает, в результате составитель отстает от вагона на расстояние ОАВ (см. рис. 2,4). Попытка расцепить будет успешной при условии
Величина AI определяет крайнюю точку, из которой с помощью расцепной вилки по прямой ОЄ можно достичь цепочки автосцепки (см. рис. 2.,4)
Определим скорость надвига, при которой составитель поездов начинает испытывать неудобство при расцеплении. Исходя из конструктивных параметров конкретного типа вагона, определим JAL . Для полувагона с учетом ширины межвагонного пространства С = 1300 мм, ширины габарита вагона / = 3250 мм и максимального расстояния, на котором возможно расцепление, 0 = 2300 мм величина / составит:
Величина блб при заданной скорости надвига V- определяется временем поворота туловища составителя ф/ :
Согласно / 3.17 / tf колеблется от 0,72 с до 1,6 с и составляет в среднем около 1,1 с. Наблюдения показали, что в момент окончания расцепления скорость работника 2? х составит примерно 0,5 (см. приложение 1.3). Подстановкой в (2.7) величины СAS = 0,86 м определим среднее значение пороговой скорости ( л ):
Полученный результат согласуется с экспериментальными данными о резком падении балльных оценок удобства расцепления в диапазона от 10 до 10,5 км/ч. Тем самым мы получили подтвервдение, что по мере приближения к пороговой скорости удобство расцепления резко ухудшается. Очевидно, что для успешного расцепления при скоростях 8 10 км/ч составитель может сокращать и время tfr . Однако ори итом мвзростаюю тфзичеекие еагрузкии что также отрицательно сказывается на удобства работы.
Ранее было отмечено, что на условия расцепления большое влияние оказывают конструктивные особенности вагонов, и преаде всего, расстояние от буферного бруса до головки автосцепки. В процессе уточнения этого результата было установлено, что конструктивные параметры переднего вагона (обозначен на рис. 2.5 цифрой I) не оказывают существенного влияния на работу составителя. На рис. 2.4 приведены зависимости балльных оценок для трех сочетаний: крытый вагон (I) - крытый вагон (2), полувагон (I) - крытый вагон (2), вагоны других типов (I) - крытый вагон (2). Проверкой по критериям согласия подтверждено, что существенной разницы в оценках У условий расцепления указанных сочетаний вагонов не обнаружено. Результаты проверок приведены в приложении 1.4. С другой стороны, чем больше расстояние от сои сцепления автосцепок до буферного бруса заднего вагона, тем при больших скоростях обеспечивается расцепление. Изложенные выше результаты верны при исправных автосцепках.
Рассмотрим теперь, каким образом зависит оценка условий и безопасность расцепления от скорости движения состава при неисправности автосцепки. Первоначально будем учитывать только те неисправности, при которых расцепление можно произвести, воздействуя на дальнюю цепочку автосцепки. На рис. 2,5 приведены графики изменения указанных оценок для совокупности вагонов различных типов.
Усредненная зависимость балльной оценки У от скорости надвига по совокупности вагонов всех типов может быть приближенно принята линейной: « цепления имеет явно нелинейный характер. Эмпирические регрессии їй (if) для полувагонов и крытых вагонов приведены на рис. 2.6. Анализ показывает, что заметное отличие пороговых скоростей для полувагонов (tyn =5,6 км/ч) и крытых вагонов ( 1?/і = = 3 км/ч). Видимо, из-за "размытости" диапазона пороговых скоростей для различных типов вагонов регрессия по совокупности разных вагонов не имеет выраженного участка резкого падения балльных оценок (см. рис. 2.5) и в целом оказывается близкой к линейной. Для уточненного описания также были использованы параболические регрессии четвертой степени
Обоснование и разработка устройства дистанционного управления маневровым локомотивом
Для устранения неисправности второго рода требуется остановка надвига. При этом возможны две ситуации. Либо составитель вовремя подаст сигнал остановки, после чего произведет расцепление, зайдя в межвагонное пространство. В другом случае остановить вовремя состав не удается и расцепление отцепа производится в замедлителе. Возможно также вытягивание отцепа за горб горки.
В результате статистической обработки хронометражных данных установлено, что при неисправностях первого рода для описания рассеяния времени tp расцепления автосцепок может быть использовано Л -распределение Джонсона (см. приложение 2,7). По формулам (2.18) и (2,19) вычислены параметры распределения /fifi):
Гистограмма и теоретическая кривая приведены на рис. 2.14. Далее расчетом по формуле (2.22) установлено распределение пути, проходимого составителем за время расцепления неисправной автосцепки.
В качестве аппроксимирующего принято логарифмически нормальное распределение с параметрами:
Теоретическая кривая распределения /f fi) при неисправности автосцепки приведена на рис. 2.15. Как видно из рис. 2.155 путь / р возростает в среднем более чем в 2 раза, а именно с 5,91 м до 12,90 м.
Аналогичным образом изменяются координаты точек начала расцепления g/i , определяемые по формулам (2,22) и (2.23). Все это позволяет прогнозировать начало расцепления реального потока автосцепок, состоящего примерно из 83,6 исправных, Ы% - с неисправностью первого рода и 2,4$ - с неисправностью второго рода. В результате обработки статистических данных (см. приложение 2.8) получено, что среднее время расцепления вагонов, остановленных на пути надвига, составляет 38 с. Среднее время расцепления отцепа, остановленного в замедлителе, 73 с. Поскольку при наличии любой неисправности второго рода требуется остановка состава, то такая ситуация не влияет на расчет координат начала расцепления. Это позволяет при обосновании зон надежного и безопасного расцепления вагонов учитывать только исправные автосцепки и автосцепки с неисправностью первого рода.
Используем теперь данные измерений времени расцепления потока исправных автосцепок и автосцепок с неисправностью первого рода. В результате статистической обработки установлено, что время расцепления описывается -распределением Джонсона с параметрами = 0,7t/tf = 0,76 с и J? = 0,7 с (см. приложение 2,8).
Гистограмма и теоретическая кривая приведены на рис. 2,16. Анализ распределения времени расцепления потока исправных автосцепок и автосцепок с неисправностью первого рода показывает, что оно занимает промежуточное значение между временем расцепления только исправных автосцепок (см. рис. 2,11) и автосцепок с неисправностью первого рода (см. рис. 2.15). Поскольку доля неисправных автосцепок всего 14$, то и математическое ожидание времени расцепления всего потока автосцепок, равное 3,42 с, не -w значительно отличается от математического ожидания времени расцепления только исправных автосцепок, равного 2,89 с.
С учетом установленного распределения ffep) дальнейшими расчетами по формуле (2.22) были уточнены координаты точек начала надежного расцепления. Значения математического ожидания и среднего квадратического отклонения для /2 =1,8 приведены в табл. 2.6.
В более общем случае, при заданной вероятности расцепления Р, координаты точек начала расцепления 8/1 могут быть найдены по графикам функций распределения frfg/zj, приведенньм в приложении 2.9.
В процессе работы может возникнуть ситуация, когда составитель либо не успевает начать расцепление в точке с координатой C&/Z., либо ряд попыток не дал положительных результатов. В этой связи представляет интерес определить координаты, за пределами которых продолжение попыток расцепления нецелесообразно.
Натурными наблюдениями на горках ст. Люблино установлено, например, что на остановку надвига и последующее расцепление, с заходом в межвагонное пространство, требуется в среднем
Среднее время одной попытки_расцепить автосцепку с неисправностью 1-го рода составляет tfl = 7,42 с. По всей видимости составителю следует предпринять очередную попытку, если произведение вероятности нерасцепа за очередную попытку на общее время расцепления и остановки меньше времени остановки. Другими словами, когда есть запас времени, за счет которого авто -Q6 сцепки можнO расцепить при надвиге до растяжения:
Определим вероятность расцепления Р, при которой составитель не получает запаса времени, т.е. условие, когда требуется незамедлительно останавливать состав. Подставляя в (2.26) значения Т nip , получим для горок ст. Люблино вероятность Р = 0,202.
Координаты точек с?/г, за которыми составитель должен подавать сигнал остановки, определены по формулам (2.24) и (2,25). Результаты расчета приведены в табл. 2.7 и на рис. 2.17. Зависимость #/г от" /Z, , как видно из них, близка к линейной и приближенно может быть описана уравнением:
Из графиков рис. 2.17 следует, что зона, в которой составителю поездов рекомендуется расцеплять отцеп из YL вагонов, заключена между прямыми g/i и g /г . Исходя из установленной зависимости предложена разметка пути надвига на зоны надежного и безопасного расцепления, что позволяет составителю поездов правильно ориентироваться при выборе точки начала расцепления, работать без спешки, выдерживать размеренный темп движения, правильно ориентироваться в экстремальных ситуациях, своевременно останавливать состав. При этом в значительной мере исключаются субъективные ошибки в оценках сложившегося положения, устраняются предпосылки возникновения опасных ситуаций, особенно из-за стремления расцепить на ходу любой ценой. Знание зон надежного расцепления позволяет ускорить и упростить процесс обучения составителей.
Оценка экономической и социальной эффективности использования разработанных технических средств
Как только отцеп начинает свободно двигаться по спускной части горки и его скорость превысит скорость надвига состава на 0,5 км/ч, на выходе блока 9 появляется сигнал, воздействующий на блок 10 перемены направления движения кабины. Блок 10 автоматически переключает механизм горизонтального передвижения и кабина со скоростью до 20 км/ч движется в обратном направлении до тех пор, пока оператор не остановит ее напротив вагонов, которые необходимо расцепить, Дяя ручного управления движением кабины в ней предусмотрен пульт II.
Таким образом, оператору создаются условия для сосредоточения внимания на процессе расцепления автосцепки. Использование предложенного устройства позволит повысить производительность труда горочных составителей (операторов) и сократить время на расформирование составов. Приоритет на разработанное устройство защищен авторским свидетельством на изобретение й 872352 2о т5.10.81 1г . /.9 9/ .ринципиальная ялектрическая схема устройства и ее описание приведены в приложении 4.1.
Однако, в описанном устройстве управление передвижением кабины автоматизировано не полностью. На оператора возложены функции считывания числа вагонов в отцепах, определение места начала торможения кабины перед очередным расцеплением. Это вызывает утомление оператора, возможны и субъективные ошибки как в выборе места начала торможения кабины, так и при подсчете числа вагонов очередного отцепа (особенно в темное время суток). в этой связи было разработано усовершенствованное устройство, позволяющее полностью автоматизировать управление перемещением кабины.
Схема управления этим устройством приведена на рис. 4.2. По сравнению с описанной выше схемой рис. 4.1 в новую схему дополнительно включены блок регистрации конца отцепа 12, блок фиксации положения расцепного механизма 13 и блок 14 записи программы роспуска. Причем блок записи программы роспуска включает в себя пульт 15 составителя, пульт 16 оператора горки, элемент 17 приоритета и элемент 18 записи. Схема снабжена также счетчиком 19 числа осей, расположенном на расцепном механизме, и счетчиком осей 20, расположенным на пути надвига.
С использованием предложенной схемы работа устройства расцепления протекает следующим образом.
До начала роспуска кабина с расцепным механизмом занимает исходное положение в начале зоны расцепления. В блок 9 вводится с ЭВМ или с пульта 16 оператора горки программа роспуска. При этом число вагонов и осей в первом отцепе записывается в блок 12 регистрации конца отцепа. Во время надвига информация о числе осей первого отцепа со счетчика 19, установленного на пути, поступает на вход блока 12.
В момент совпадения числа осей, зафиксированных счетчиком 19, с числом осей в первом отцепе блок 12 регистрирует конец отцепа и передает информацию о фактическом числе осей в отцепе в блок 5. При совпадении числа осей, зарегистрированных счетчиком кабины, с фактическим числом осей блок 5 воздействует на блок 7 управления движением расцепного механизма и блок 13 фиксации кабины. Блок 7 приводит кабину в движение, при этом осуществляется синхронизация скорости движения кабины
После того как будет достигнуто равенство скоростей, блоком 13 осуществляется фиксация положения кабины 3 относительно расцепляемых головок автосцепок. Это обеспечивает оператору удобство расцепления.
Синхронное движение кабины и состава продолжается до отрыва отцепа. Отрыв регистрируется блоком 9. В момент отрыва отцепа по комавде с блока 9 изменяется направление движения кабины оператора. Во время обратного движения счетчик 20 осуществляет подсчет числа осей в вагонах очередного отцепа. По совпадению числа осей, зарегистрированных счетчиком 20, с числом записанных в блоке 5 определения момента остановки кабины. При этом на блок управления движением поступает команда торможения . и затем изменения направления движения. В дальнейшем работа устройства протекает описанным выше порядком.
Приоритет на описанное устройство защищен авторским свидетельством & 977254 от 16.03.84 г.
Таким образом, использование описанной схемы позволяет полностью автоматизировать управление движением подвесной кабины. Следовательно, внимание оператора будет сосредоточено на расцеплении вагонов.
Автоматизация движения кабины создает предпосылки использования алгоритмов оптимального управления передвижениями в зонах расцепления. Выше в разделе 2.2 были определены статистические зависимости минимального расстояния от вершины горки, на котором отцеп из /I вагонов можно расцепить с заданной вероятностью Р. В частности, для Р = 0,98 такая зависимость получена в виде:
