Введение к работе
Актуальность темы. На железных дорогах страны в настоящее время имеется 54 тыс. км электрифицированных линий, при этом развернутая длина контактной сети (КС) составляет около 150 ты,:, км. В то же Бремя неуклонно увеличивается загруженность линии, ведущая к повышению народнохозяйственных потерь от перерьшов и сбоев в функционировании перевозочного процесса Если учесть, что были переведены на электрическую тягу и продолжают электрифицироваться наиболее грузонапряженные участки сети дорог, то становится очевидной необходимость совершенствования всей системы эксплуатации электрифицированных линий и, в перзую очередь, такого нерезерви-руемого инженерного сооружения как контактная сеть.
Сейчас при эксплуатации КС наблюдается один из самых високих в отрасли уровень ручного труда, составлящий 85-90Z при техническом обслуживании (ТО) и 8Q-85Z при капитальном ремонте (КР). Эти цифры в основном и определяют в большинстве районов КС численный состав бригад электромонтёров, который близок к минимальному, необходимому для осуществления ремонтно-восстановотельных работ имеющимися средствами. Кроме того, высокий уровень ручного труда при эксплуатации КС имеет и другие отрицательные стороны, а тленно: увеличивается время технологических операций и, как следствие, продолжительность требуемых "окон"; снижается качество ремонтных работ; физический труд при различных погодных условиях в опасной зоне (на Еысоте, в условиях непрерывного движения поездов, вблизи токоведу-П&.Х частей электроустановок, находящихся под высоким напряжением, или непосредственно на них) увеличивает вероятность травматизма Всё это снижает престиж профессии электромонтёра КС.
С целью снижения влияния указанна факторов необходима комплексная механизация ремонтно-восстановительных работ. Сейчас удельная
- 4 -оснащенность дистанций машинами и механизмами составляет 3,1-8,1 ед. на 1000 км эксплуатационной длины электрифицированных линий, что явліг.-1'ся худшим показателем в отрасли и на порядок ниже аналогичных показателей железных дорог Японии и Западной Европы.
Специфика выполнения ремонтов КС машинами и механизмами на рельсовом ходу в большие и малые "окна" такова, что большую часть суток технические средства простаивают. Как показывает практика эксплуатации, ресурс ходовых частей путевых ремонтных машин вырабатывается за сравнительно длительный период в 20-30 дет, а смонтированные на машинах технологические агрегаты в силу нераанопрочности конструкций выходят из строя, как правило, значіїтельно раньше. При наличии на контактной сети значительной номенклатуры ремонтных работ дальнейшее ориентирование на создание новых узкоспециализированных (пусть даже высокоэффективных) машин приведёт к ещё большему снижению коэффициента использования техники и увеличению ничем не оправданных материальных потерь. Анализ отечественного и зарубежного опыта унификации передовой железнодорожной техники показал, что возможно создание набора сменных рабочих органов (СРО), приспособленных для проведения определённой номенклатури технологических операций, предусмотрев их установку на путевом модуле или несамоходной платформе.
Таким образом, широкий круг работ, выполняемых районами КС, использование совмещенных с другими службами "окон" комплексным (колонным) методом, существенное влияние на периодичность ремонтов климатических и сезонных факторов, стохастический характер поступления заявок на восстановление системы- предопределяют создание и использование на практике гибких технологических структур. В этом случае становится необходимым модульный (агрегатный) принцип конструирования ремонтных машин на рельсовом ходу с последующим переходом к роботизированным комплексам, управляема! бортовым вычисли-
- 5 -тельным блоком. При этом задача обеспечения рациональной загрузки имеющейся и создаваемой техники приобретает особую остроту.
Важность решения задачи по обеспечению эксплуатации КС с минимальными перерывам в движении поездов на основе комплексной механизации работ подтверждается усилиям»., прилагаемыми в этом направлении странами-участницами международной Организации Сотрудничества Железных Дорог {ОСЯЮ, ЦЭ МПС, ЕЬЖЖГом, другими научными организациями отрасли и службами электроснабжения ряда дорог (Донецкой, Западнс-С.ібирской, Московской и др.).
Цель работы направлена на совершенствование системы эксплуатации КС благодаря широкому использованию средств механизации труда и сокращение перерывов в движении поездов с помощью рациональной организации ремонтных работ на линии.
Для достижения поставленной цели в работе выполнено следующее: -проведен комплексный анализ состояния проблемы по обеспечению высокого технико-экономического уровня эксплуатации КС в СССР и на зарубежных железных дорогах; -исследованы возможные пути совершенствования системы эксплуатации . КС и изучены имеющиеся тенденции её развития; -разработаны методики комплексной оценки состояния устройств КС и целесообразности вложения капитальных затрат на их модернизацию и совершенствование системы эксплуатации; -определены реальные потребности в уровне механизации и автоматизации ремонтных работ на электрифицированных линиях и обоснованы требования к показателям назначения создаваемы;; машин и механизмов; -созданы методика расчёта и определена структура образования механизированных ремонтных комплексов, предназначенных для выполнения различных по номенклатуре и объёмам работ; -разработана модель совершенствования системы эксплуатации КС на
основе гибких технологических структур и средств роботизации труда. Все этапы работы сопровождались технико-экономическим обоснованием, а полученные результаты будут полезны при эксплуатации электрифицированных линий как постоянного так и переменного тока.
Методы исследования. Решение указанных задач велось с использованием аналитических и экспериментальных методов исследования. Экспериментальные исследования по совершенствованию технологии эксплуатации КС проводились на опытных дистанциях электроснабжения Московской, Юго-Восточной, Донецкой, Приднепровской и Северо-Кавказской дорог. Разработанные методики проходили экспериментальную проверку в службах электроснабжения Западно-Сибирской, Азербайджанской, Белорусской, Донецкой и Горьковской дорог.
При аналитических исследованиях был использован математический аппарат исследования операций, теории вероятностей и графов, статистических рядов, динамического программирования и корреляционного анализа, а также метод математического моделирования. Процесс исследований доведён до разработки инженерных методов расчёта и создания по ним необходимого программного обеспечения для ЭЕМ.
Научная новизна. Проведён анализ современного состояния и исследованы тенденции развития системы эксплуатации КС для электрифицированных линий постоянного и переменного тока.
Разработана математическая модели вероятностной оценки состояниі устройств контактной сети.
Исследованы и ргссчктапы значения соответствующих параметров дл: линий постоянного и переменного тока в формулах вычисления (плани рэвания) рациональных сроков начала работ ТО и КР контактной сети
Создача методика выбора оптимального состава ремонтного комллек еа машин для выполнения наперёд заданного объёма работ в выделенный промежуток времени ("окна").
Научно обоснована концепция развития гибких технологических
- 7 -структур в системе эксплуатации КС, основанная на применении роботизированных ремонтных комплексов и модульном принципе их конструирования.
Разработана математическая модель совершенствования системы эксплуатации КС.
Практическая ценность. Обобщён для практического использования передовой опыт в технологии и организации проведения ремонтных работ на электрифицированных лилиях в условиях интенсивного перевозочного процесса.
Предложена инженерная методика расчёта, позволяющая на практике оценивать целесообразность вложения капитальных затрат на модернизацию устройств КС и соЕеріенствование системы её эксплуатации.
На осноеє анализа статистических данных по срокам эксплуатации элементов КС составлены экономически обоснованные рекомендации по рациональному планированию конкретных сроков проведения работ ТО и КР сети; определены значения их оптимальной трудоёмкости.
Разработаны инженерная методика и программа расчёта на ЭВМ, позволяющие в сжатые сроки осуществить рациональную расстановку выбранной (имеющейся) техники по ремонтируемому участку электрифицированной линии с учётом конкретных условий её эксплуатации.
Определены основные технические требования к показателям назначения вновь создаваемых машин и механизмов, базирующиеся на реальных потребностях в уровне механизации и автоматизации ремонтных работ. Предложено несколько принципиально новых конструктивных разработок, направленных на сокращение доли ручного тр/да при выполнении ремонтных работ на контактной сети, а также на повышение ус. производительности. Эти разработки защитны одним авторским свидетельством СССР и пятью положительными решениями Экспертизы.
Реализация работы. Результаты диссертационной работы приняты к использованию на Донецкой, Азербайджанской, Западно-Сибирской и
Горьковской дорогах.
Предложенное автором "Lfe-тодика оценки целесообразности затрат на модернизацию контактной сети и совершенствование системы ремонта" и "Методика выбора оптимального состава ремонтного комплекса машин и их распределения по участку" одобрены на заключительном Совещании VHI Комиссии Комитета ОСІД (СССР, г. Омск, 1939 г. ) и включены в состав итоговых Рекомендаций Р Є35/3 по научно-исследовательской теме V8-8-13/86.
Содержащиеся в диссертационной работе требования к показателям назначения создаваемых машин и механизмов, а также конструктивные разработки, нашли отражение" в утверждённом МПС и Минтяжмашем СССР Техническом задании (ТЗ) на проектирование новой автомотрисы для работ на контактной сети (1989 т.).
Приведённые результаты работы учтены МПС в разрабатываемых на Ж пятилетку отраслевых программах по сокращению ручного труда и повышению производительности ремонтных работ в службе электроснабжения. Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: научно-технической конференции "Актуальные проблемы проектирования и строительства электрификации железных дорог" (г.Москва,ЩШИС, май 1988 г.); всесоюзной научно-практической конференции с участием специалистов социалистических стран "Проблемы повышения надёжности и безопасности технических средств железнодорожного транспорта" (г. Москва, ЕЗКИТ, июнь 1983 г.); международном совещании экспертов УШ Комиссии Комитета ОСВД по научно-исследовательской теме V8-8-13/S5 "Организация эксплуатации контактной сети с минимальными перерывами в движении поездов" (СССР,г.Омск, август 1989 г.); XXXVI научно-технической конференции кафедр института с участием представителей железных дорог н предприятий транспортного строительства (г.Хабаровск, ХабИИНТ, ноябрь 198Э г.), выездном НТС слу:а5ы эдоктроснабже-
ния Западно-Сибирской ж. д. (г. Омск.ОмИИТ, апрель 1990 г.); а также конференциях молодых учеши и .специалистов (г. Москва, ВМИИЛ, май 1988 г. и октябрь 1989 г., МИИТ, апрель 1990 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ, получено 1 авторское свидетельство СССР и 5 положительных решений Экспертизы.
Структура и объем работа Диссертация состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения, списка литературы из 154 наименовали;'! и приложений. Работа содержит '<&страниц основного машинописного текста, 9 таблиц и 31 рисунок. ОСНОВНОЕ СОДЕРЯАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснованз актуальность диссертации, сформулированы цель и методы исследования.
В первой главе дан комплексный анализ состояния проблемы по обеспечению высокого технике-экономического уровня зкеплуатацич КС и выявлены определяющие факторы, обоснован системный подход к ис-сдедоБангам. Здесь же приведён краткий обзор литературы по теме работы.
Контактную сеть можно рассматривать как комплекс последовательно соединенных взаимосвязанных элементов (изоляция, опоры, контактный провод, воздушные стрелки и т.д.), каждый из которых не имеет самостоятельного значения и только е соединении с остальными создает сложную систему- контактную сеть- и обеспечивает выполнение присущих ему функций. Известно, что в теории надежности различает элементы восстанавливаемые и невосстанаЕЛИЕаемые.
При эксплуатации электрифицированных лилий отказ любого устройства КС (обрыв контактного провода или несущего троса, пробой изолятора или падение опоры и др.) вызывает, как правило, перерыв в движении по линии или специальные организационно-технические мероприятия, связанные с внесением дополнительных корректив в графики
движения, как, например, пакетное следование поездов по неправильному пути в комплексе с установкой временных стрелок и устройств СЦБ и автоблокировки. Но в любом случае при этом нарушается плановый график ремонтов КС и принимается все меры к скорейшему восстановлению работоспособности повреждённого участка
Однако на практике большинстве неисправных (дефектных) элементов не заменяется немедленно, но общее их количество (в системе КС) не изменяется, как того требует теория надёжности. Кроме тоге, замена какого-либо устройства в период движения поездов (особенно на магистральных участках железных дорог с интенсивным движением) практически невозможна без срыва графика. Поэтому при обнаружении дефектов в системе часто принимаются профилактические меры (дополнительный контроль, снижение скорости поезда), а замена неисправного устройства производится в период технологического "окна" или по графику ремонтов.
Таким образом, справедливо констатировать, что контактная сеть занимает промежуточное положение между восстанавливаемыми и нєеос-станавливаемыми системами, причём чувствительным элементом самой системы КС, на который можно эффективно воздействовать, является организация её ТО и КР.
В условиях повышенных требований к бесперебойности функционирования перевозочного процесса вторым путём воздействия на систему КС является совершенствование и модернизация её составных устройств, конструктивная разработка новых элементов с высокими технико-экономическими параметрами.
В отсутствии в настоящее время надёжных высокоэффективных средств диагностирования КС, предложена методика вероятностной оценки состояния её устройств. Она основана на рассмотрении работь КС как процесса с дискретными состояниями и непрерывным временем, причём моменты возникновения отказов в системе носят стохастичее-
кий характер.
Рея система КС условно разбивается на п групп основных элементов, представляюшх обычно не более 10 позиций. Можно заранее перечислить (перенумеровать) все N - 2 состояний анализируемой системы, переход из одного в другое которой происходит скачком, на основании чего строится граф возможных состояний КС (рис.1).
Переходы системы из одного состояния в другое при отказе какого--либо элемента с соответствующей интенсивностью потока Хк, где к = 1,п , показываются стрелками. Обратными стрелками с интенсив-ностями потока восстановлений М-к характеризуются соответствующие переходы системы по окончании ремонта технических устройств. Вероятностью строго одновременного перехода системы из одного состояния в другое пренебрегаем.
Интенсивность А- определяется как величина, обратная среднему времени ZK безотказной работы к-го устройства, т. е. ЛК = 1 /Т,^ Соответственно интенсивность JLLK есть величина, обратная среднему времени Ту ремонта этого устройства, и LL - 1 / ТГ .
Рис.1. Граф состояний контактной сети ( n = 4 ).
По существующему (в теории исследования операций) правилу для уравнений Колмогорова, из размеченного графа состояний КС можно составить систему дифференциальных уравнений для вероятностей этих состояний в функции времени,-решая которую можно найти неизвестные значения вида p.. = p.(t), где 1 = 0,N-i .
Однако для практических расчётов важнее знать так называемые финальные вероятности состояний р , характеризующие собой среднее относительное время пребывания системы КС в предельном стационарном режиме, когда система случайным образом свои состояния изменяет, но их вероятности уже не зависят от времени: Р; = liir. p-(t). В этом случае система Колмогорова примет вид линейных алгебраических уравнений:
(Л.,+ \+...+ К) Р„ ^Pi+J-^Pa +---+J^fcP«,
JMJV- +№ ы *. и К ОД + Mi**
Решение данной системы целесообразно вести на ЭВМ, воспользовавшись стандартным пакетом прикладных программ для линейных алгебрами
ических уравнений (ППП СЛАУ) и дополнительным условием:2 р. = 1.
Если в дальнейшем присвоить каждому случайному переходу из одного (1-го) дискретного состояния в другое (j-e) соответствующие экономические оценки Э^ в виде показателей затрат или эффектов, появляется возможность искать такую организацию системы эксплуатации КС, в которой комбинация переходов будет оптимальной.
Можно показать, что справедливо выражение 3.-= F (А. ; U. ), т.е. экономический э№кг от эксплуатации КС есть некоторая функция потоков отказов и восстановлений' соответствующих элементов, причём (в народнохогяйственном масштабе) не зависящая от того, по вине какого именно устройства произоиёл сбой в нормальном функциониро-ванич перевозочного процесса. Проводя далее полный факторный эксперимент для .исследования нашей'функции, записанной в виде
- 13 -у = Рв+ Ріхі+ Ргх2+ Puxtxi' можно отбросить незначимые (или малозначимые) факторы с помощью критерия Стьюдента, а также получить количественную модель, обладающую изеєстной достоверностью (по критерию їишера).
Очевидно, что значение потоков отказов А. в системе КС определяется, главным образом, качеством ремонтных работ, т.е. при нынешней ситуации с высокой долей ручного труда- в значительной степени субъективным фактором.
Сейчас имеется больиое число показателей качества ремонта, зависящих в первую очередь от уровня механизации и автоматизащіи работ У^. Наиболее приемлимым из них следует считать комплексный технико-экономический критерий, учитывающий также и уровень надёжности. При этом оптимальным будет такой уровень качества К0, при котором разность между выигрышем потребителя и затратами на соверсенство-вание системы эксплуатации КС будет наибольшая.
Считая таким образом народнохозяйственный эффект Э как функцию качества ремонтных работ, т.е. 3 = fj(K), и приравняв производную к нулюэГ(К)/эК = 0, выделяем значение К = Кв, когда Г(Ка) = 3 . При этом в свою очередь, как отмечалось выше, К,- f2 (ули)- Поэтому Э„. - Г. (У„„). Повышая, таким образом, уровень механизации и авто-матизации ремонтных работ, поднимая за счёт этого качество ремонтов и сшитая значение потока отказов А. , можно добиться максимального народнохозяйственного эффекта от эксплуатации электрифицированных линий.
Вторая глава посвящена совершенствованию планирования и организации обслуживания и ремонта КС.
Здесь обосновывается целесообразность перехода в проведении ремонтных работ на электрифицированной линии от планово-предупредительной системы к ремонтам "по фактическому состоянию'. Первым иа-гом в этом направлении следует считать предложенную в глазе 1 ма-
- 14 -тематическую модель оценки состояний устройств КС вероятностными методами, позволяющую, с одной стороны, сократить недоиспользование потенциальных возможностей многих элементов, не ДОСЛУЖИВШИХ свой срок на момент проведения ремонта, а, с другой стороны, уменьшить вероятность их преждевременного (аварийного) выхода.
Для повышения достоверности плакирования необходимо знание финальных вероятностей р^ состояния системы КС (i= 0.N-1 ) и долю времени д. pj нахождения в ремонте каждого её составного элемента (j= 1,п ). Так, например, если общие трудозатраты на ремонт всей системы КС составляют S (чел. ч), то трудозатраты на ремонт кавдого из имеющихся п устройств равны: S. = Здр.-/др; (ЧЄЛ.Ч).
Зная теперь величину S: и существующие нормы расхода, можно подсчитать и планируемое количество материалов для ремонта. Аналогично S может быть найдено и значение затрат 3 (руб.) на проведение того или иного вида работ. Имеется также и возможность для практической оценки целесообразности вложения материальных затрат д К на модернизацию устройств сети или совершенствование системы ремонта.
Действительно, в обоих случаях, как правило, должно произойти изменение потоков отказов и восстановлений за счёт изменения величин t и"Ск. Если новые значения этих потоков соответственно станут д A.J к aju,j , то новые значения финальных вероятностей р- состояний могуг быть найдены, решая систему
/ л п ' "
р,„ .,2д|и.;=2,дА.; р/ ..
Разбив Еэличину ^Кнап значений д R-, относящихся к каждому из
п.
устройств, причём дК -JSaKj, можно сравнить увеличение суммарных
затрат д Б и уменьшение народнохозяйственных потерь д П от снижения
задержек поездоз, где u , п
2 Др.-' ЁМ>:
м-і
лП = эр Z ( P-- р[), руб.
Здесь Эр -годовой народнохозяйственный эффект от использования электрической тяги на данном участке железнодорожной линии.
Ясно, что для экономической целесообразности вложения капитальных затрат должно выполняться условие д 3 < дП или { дП -дЗ 1—»-max. В противном случае выделение дополнительных материальных ресурсов в рассматриваемом направлении становится экономически нецелесообразным.
В результате анализа статистических данных за последние годы на ряде дорог было установлено, что реальная эксплуатация электрифицированных лігаий хорошо описывается кривой срока службы каждого из устройств КС, вид которой показан на рис. 2.
Обозначим момент времени t, когда в эксплуатации останется ровно половина всех новых однородных устройств КС, одновременно введённых в эксплуатацию, через сі . Другими словами, вероятность исправной работы, рассматриваемого элемента сети Т (об)=0,5.
1-й МЫ і
Рис. 2. Примерная кривая срока службы устройств КС.
Для упрощения дальнейших практических расчётов вводим вспомогательную переменную х - In (t/oC) /Ь, распределённую нормально, и будем искать такое значение нового параметра Ь , чтобы теоретическая кривая, соответствующая этому логарифмически нормальному закону, по крайней мере в своей большей части совпадала бы с экспериментальной. Тогда математическое ожидание срока службы однородных устройств и отклонение соответственно будут:
МШ - oUxp ( Рг/ 2 ); 6 -оСехр ( pZ/ 2 )Vexp ( рг/ 2 )-1." В результате проведенного сравнения полученных экспериментальным путём графиков 1T(t) с аналогичными кривыми, построенными по теоретическим данным, было установлено, что кривые, имеющие Еблизи области t -ОС меньшие абсолютные значения частных производных по времени (т.е. дТГ /Э t I ), хорошо описывают реальные процессы в устройствах КС, работающих преимущественно на усталость, таких, например, как опорно-поддерживающие конструкции, изоляторы, несущий трос и т.д. Для них значение параметра jb находится в пределах
р= 0,75 - 1,35. В то хе время для кривых, имеющих больший наклон к сси абсцисс в рассматриваемой области (абсолютное значение производных больше), характерно ощутимое сходство с реальными графиками для устройств, преимущественно работающих на износ, например таких, как контактный провод, секционные изоляторы и воздушные стрелки. Для них ^)-0,3-0,5. Таким образом, аналитически были определены значения параметра
(Ь для некоторых основных элементов КС, хорошо подтверждённых статистическими данными на электрифицированных линиях постоянного и переменного тока. По полученным данным были построены теоретические кривые равновероятных сроков службы устройств КС с шагом ДТҐ «0,1 (рис.3), позволяющие выделить на них соответствующие зоны (горизонтальные полосы), характерные для исследованных элементов, и получить картину их качественного поведения.
Рис.3. Равновероятные кривые сроков службы устройств КС.
Известно, что отказ любого элемента КС приводит к экономическим потерям двух видов: во-первых, это прямые потери 3, связанные с восстановлением работоспособности системы и состоящие из стоимости вьшедшего из строя устройства и аолной суммы затрат на его замену-, во-вторых, это косвенные потери П, объясняемые, главным образом, перерывом в движении поездов по данному участку электрифицированной линии. Причем специфика функционирования перевозочного процесса на железнодорожном транспорте такова, что косвенные потери П, как правило, превышают прямые 3.
В результате проведённого теоретического анализа соотношения указанных затрат с учётом специфических особенностей эксплуатации КС был сделан вывод, важный для практического использования при планировании сроков и объёмов ремонтных работ. А именно: для элементов КС, работаксіх преи-.г/иественно на износ, наиболее целесообразным с экономической точки зрения является проведение ремонтных работ по их замене, если указанное вайе соотношение лехг в пре~е-
- 18 -лах П/3 = 1,5-2,0. Соответственно для устройств КС, преимущественно работающих на усталость, следует начинать проведение ремонтов в случае, если П/3 г. 20.
Анализируя далее зарубежный и отечественный опыт по организации проведения ремонтных работ на электрифицированных линиях во время выделяемых "окон", в т.ч. совмещённых с другими службами, делается вывод о целесообразности предусматривать в составляемых на летний период графиках ремонтов дополнительный временной резерв. Величина этого резерва в зависимости от запланированного летнего объема работ составляет 10-15% годового бюджета времени. Кроме того, должен быть предусмотрен 20-25Х-ный резерв времени на ликвидацию аварийных повреждений КС и вьшолнение линейным персоналом посторонних работ. По мэре повышения надежности устройств и сокращения количества посторонних работ данный резерв будет сокращаться. Что же касается величины самих технологических "окон", то уже сейчас их величина составляет порядка 2 ч, причём с повышением технической оснащённости районов КС это значение имеет тенденцию к увеличению.
В третьей главе работы проведено исследование целесообразности комплексной механизации работ на электрифицированных линиях и разработана методика рационального выбора состава ремонтного комплекса машин для их работы в течение выделенного "окна" заданной продолжительности.
В качестве критерия оптимальности принято условие о достижении максимальной выработки в указанное время, т.е. о выполнении максимально возможного объёма ремонтных работ. Решение сформулированной подобным образом проблемы традиционными способами является в настоящее время довольно трудоёмким, что связано в частности с наличием на дистанциях разнотипных машин и механизмов, имеющих различные производительности. Сказанное в наибольшей степени харак терно для проведения крупномасштабных работ на линии, однсй из которых явля-
ется, например, сплошная замена железобетонных опор и ряд др.
С целью упрощения практических расчётов и последующего составления программы для ЭВМ был применён метод динамического программирования и принцип оптимальности Беллмана. В результате последовательной оптимизации, исходя из конкретных условий, осуществлялся выбор участка проведения работ, а также типа и количества ведущих машин комплекса общей производительностью Q. Проводилась последовательность вычислений: FJIM^) = maxC fj(x) + f^CM^-x) ];
F (М ) -mart F^x) + fN(M^-x) ]. Здесь f(x)-функция, соответствующая работе х машин на j-ы объекте, a F (х) -функция оптимального распределения ( М^« 1,М ; х - 1.М-). Далее, исходя из необходимости наибольшего согласования произво-дительностей всех машин комплекса, математически задача ставилась так: задана сумма Q нескольких чисел, количество R которых наперёд не известно. Требуется сформировать совокупность {№ чисел, сумма которых S была бы равна с заданной точностью (наименьшей величиной') О исходной сумме Q. При этом в совокупность iW разрешено помещать лишь строго определённые числа, которые по^признаку равенства медду
собой образуют к однородных групп, т. е. і Q-S ! < .
В результате соответствующих математических преобразований выбирается окончательный состав ремонтного комплекса
Указанная методика выбора была одобрена Ш Комиссией Комитета ОСЖД и включена в состав утверждённых рекомендаций Р 635/3.
Однако для практических расчётов на электрифицированных линиях знание состава комплекса является не самоцелью, а -лишь необходимым условием для рациональной организации проведения ремонтных работ. Пусть, например, нужно распределить вдоль участка КС длиной L -LK~ L0 (где LK и Ц- соответственно удалённости его конца и начала) комплекс из N машин. Участок входит в состав перегона обдэй длиной
- 20 -L . Имеется n типов машин, характеризуемых соответствующими значе-ниями рабочей vt и транспортной ut скорости ( і - 1,п ). Вариант организации проведения работ в случае, когда все машины разнотипны, т. е. N - п, приведён на рис. 4.
Тогда реальная длина участка, отводимая в качестве фронта работ кавдой из п имеющихся машин в течение выделенного "окна" Т, составит it - i^+ ^iuv v{).
Предварительно ' 1; - vLL /2 v;-,
ліі - Vi[ 1^+ 2( Le+^: lj) + и;Т^Э / ( ut + vL); 1; - [ uL( lr v^; ) - 2 vj( L,+ 2 1,)] /( uL+ v-), где ТГ—непроизЕоизводительное время на развёртывание-свёртывание данного типа машин.
По представленным методикам выбора ремонтного комплекса и распределения машин по перегону с учётом реального фронта работ и времени "окна" были составлены алгоритм и'программа вычислений на ЭВМ, которые прошли успешную опытную проверку на ряде дорог. Ожидаемый народнохозяйственный эффект составил в зависимости от грузонапряжённости линий 8-13 тыс. руб. в год в расчете на опытную дистанцию.
Анализируя в главе, с одной стороны, низкую степень оснащённости дистанций современными машинами и механизмами, а с другой- слабую загрузку имеющейся техники из-за специфики выполнения большинства крупномасштабных работ на контактной сети лишь в течение выделяемых "окон", делается вывод о необходимости приоритетного развития в системе эксплуатации КС гибких технологических структур. Они должны предусматривать возможность быстрой замены того или иного рабочего органа на постоянном путевом модуле или несамоходной платформе в зависимости от вида и объёма предстоящих на перегоне ремонтных работ. Это позволит вместе с изменением технологии ремонтов повысить загрузку техники на 35-40%.
,' . .-.- V-.-.У. ///,},, >/>//:/ Ау/|УЛУЛ'Л, 7 у.У -:/7777
^2
і г/ , г.' .
I J/
t/ті
L. Ц
sgu»a„
|X^vV4^y^v^^^Vs4-?<
ffr\4ttW*%T
Длина контактной сети, .ч/л
Р/с. 4. Вариант органузаїш' сабогь1 комплекса, '/з. П :<:ал'/н, нк-:зжаюц>?х нз. лорягсн дл;-но;і Ln : О б;з уч':та ул,алккнссі'^ :5=0--:-0 3 ст -а-^ала лср'то;-:а;
~лк:тс:'-;::;:::г;;анн::.: тч^тк-і.
Четвёртая глава работы посвящена проблеме обеспечения рационального использования средств механизации при эксплуатации КС. Дается анализ характерных особенностей работы ремонтной техники, причём основной упор делается на такой показатель, как надёжность.
Дальнейшее совершенствование механизации, разработка и внедрение прогрессивных технологий с применением дистанционно управляемых манипуляторов и других средств робототехники в систему эксплуатации КС сдерживаются из-за отсутствия апробированной теории е этой области. В связи с этим справедливо выдвинуть предположение (рабочую гипотезу) о том, что, исследовав технологические процессы ТО V. КР контактной сети и объяснив причины формирования трудоёмкости, оценив определяющие факторы и обеспечив выполнение работ современными техническими средствами, имитирующими рабочие функции человека, с достаточным уровнем технологичности, точностью позиционирования и степенями свободы, можно получить возможность необходимой совершенствования всей исследуемой системы эксплуатации КС. При этом основные ремонтные процессы станут более производительными и менее трудоёмкими.
Сказанное позволило наметить основные этапы данного практическо го совершенствования, а именно:
-
приведение элементов ЬС к виду, удобному для последующих стали автоматизации и роботизации ремонтных работ;
-
создание и изготовление комплекта СРО с их последующей дозодко на действующих участках электрифицированных линий;
-
разработка и внедрение гибких роботизированных комплексов мала и механизмов с набором СРО, обеспечивающих оптимальную производительность.
Для изучения процесса совершенствования эксплуатации; КС на оскс ве внедрения гибких технологических структур и средств роботизаці: предложена математическая модель, созданная не базе аналипгоееког
решения гиперболических зависимостей. Применена модель Фишера-Прая, содержащая основную идею об окончательном вытеснении существующей технологии новой. Если^ (t) есть степень внедрения гибких технологий к моменту времени t, а.ц> (t) -степень продолжающегося использования существующей технологии, то относительное внедрение первой и использование второй соответственно будут: 6,(t) -Vp (t) / [*р (t)+y(t)]; G,(t) -у (t) / [vp(t) + y(t)3. Учитывая, что 6 (t) + G4(t) - 1, можно констатировать, что данные фунгаии имеют вид S-образных кривых.
Определение временных зависимостей ведём, решая дифференциальные уравнения для функции Гомпертца ( dZ/dt ) / Z - J exp ( I - Jt ). В нашем случае искомые функции будут иметь следующий вид: Gt(t) - А^хр'Чехр (IL- Jjt)]; 6t(t) - A^xp'^exp (Ia- Jat)l. Здесь A, I и J -параметры, зависящие от начальных условий и характеризующие скорость внедрения гибких технологий.
Применение роботизированных комплексов можно считать рациональным, если при штатном укомплектовании линейным ремонтным персоналом ими удалось выполнить максимально возможный объём работ в течение наперёд заданного промежутка времени.
Проведённый технико-экономический анализ' показал, что применение ремонтного роботизированного комплекса с набором СРО увеличивает долю затрат на заработную плату рабочих, занятых управлением и содержанием машин и механизмов, почти в 1,5-1,8 раз. Наряду с этим, примерно в 2,0-2,5 раза снижается доля затрат на заработную плату электромонтёров, занятых основными технологическими операциями на электрифицированных линиях.
Практический интерес представляют предложенные автором устройства для борьбы с гололёдом на контактных проводах во время профилактических работ, а также устройства, позволяющие автоматизировать операции по замене элементов контактной псдеєски и опорных
конструкций. Перспективным считается и подъемное монтажное устройство, имеющее значительно расширенную зону обслуживания и возможность одновременного проведения работ на двух уровнях.
Кроме того, применение гибких технологических структур позволит в дальнейшем экономить до 25-30% средств, направляемых в настоящее время службами электроснабжения дорог на приобретение новой техники. ОСНОВНЫЕ ШЮДЫ ПО РАБОТЕ
-
Существует объективная потребность перехода от действующей планово-предупредительной системы эксплуатации КС к ремонту "по Фактическому состоянию, развивая для этого эффективные средства и методы диагностирования. В отсутствие в настоящее время возможности получения объективных данных, дающих картину фактического состояния большинства элементов КС, а также учитывая стохастический характер влияния на работоспособность системы реальных возмущающих факторов, наиболее эффективным следует считать вероятностный подход к оценке состояния устройств КС.
-
Математическая модель вероятностной оценки состояния КС, основанная на рассмотрении работы электрифицированной линии как процесса с 'дискретными состояниями и непрерывным временем, даёт возможность в результате решения уравнений Колмогорова и дальнейших преобразований определять целый ряд практических технико-экономических показателей эксплуатации линий постоянного и переменного тока.
-
Выведенные в результате анализа статистических данных вероятностные кривые сроков эксплуатации ряда устройств КС позволили составить экономически обоснованные оптимальные трудоёмкости работ ТО и КР, а также практические рекомендации по рациональному планированию сроков их проведения, а именно: для элементов КС, преимущественно работающих на износ (контактный провод, воздушные стрелки, секционные изоляторы и др.), проведение ремонтных работ становится экономически целесообразным, если соотнош ние между прямыми
3 и косвенными П затратами составляет ПУЗ = 1,5-2,0; аналогично для элементов сети, работающих преимущественно на усталость (опорно- поддер.тивахшие конструкции, несущий трос, стержневые изоляторы и др. ), указанное соотношение будет П/3 > 20.
-
Оптимальная продолжительность "окон" для проведения ремонтных работ на контактной сети (включая и совмещенные) должна определяться е катаем случае, исходя из конкретных условий, причём по мере роста уровня механизации и автоматизации работ она имеет устойчизую тенденцию к увеличению; при этом общее время "окон" дол-чна сократиться.
-
Опробованная в службах электроснабжения ряда дорог методика выбора оптимального состава ремонтно-строительного кошлекса машин и их рационального распределения по ремонтируемому участку позволяет в кратчайшие сроки (используя ЭВМ) принять оптимальное решение, обеспечивающее наибольший экономический эффект, исходя из имеющихся условий и выделенной продолжительности "окна", что позволяет рекомендовать расширение её внедрения на сети дорог.
-
Представленный математический аппарат методик с соответствующим программным обеспечением может быть принят за основу в разрабатываемой автоматизированной системе управления эксплуатацией контактной сети (АСУ-КО).
-
Основной эффект в вопросе совершенствования эксплуатации электрифицированных линий следует охидать от внедрения гибких технологических структур, построенных на быстрой заменяемости рабочих органов машин в зависимости от конкретного вида работ и использовании роботизированных ремонтных комплексов.
-
ї/лтематическая модель, совершенствования эксплуатации PLC позволила аналитически обосновать основные этапы решения данной проблемы.
-
Разработанное под'ьёмно-мо;-:та:иоэ устройство дает возможность за счёт параллельного проведения ремонтна: работ на ко:г:а:'.т:.-..* сети
- 26 -как минимум в двух уровнях получить в зависимости от размеров движения экономический эффект (от сокращения требуемого количества "окон") 2,8-3,5 тыс. руб. и повысить производительность труда на 37-423L Ожидаемый экономический эффект от применения управляемых заземляющих устройств составляет в среднем 0,55 тыс. руб. на одно устройство в год.
-
Использование установочной платформы в составе ремонтно-строительного поезда позволит осуществлять монтаж (демонтаж) железобетонных опор КС без применения дополнительных крановых механизмов, что, помимо сокращения состава поезда и реального высвобождения лиц линейного персонала, может явиться основой для последующей автоматизации (роботизации) данного вида КР.
-
Дающее наибольший эффект совместное применение химического и механического способов удаления гололёда не только с контактных проводов, но и линий ДПР и автоблокировки с помощью разработанных устройств может иметь распространение в гололёдоопасных районах Европейской территории страны.
