Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса. Цели и задачи исследования 5
1.1 Существующая система обеспечения безопасной эксплуатации грузовых вагонов 5
1.1.1 Краткий анализ состояния безопасности движения на железных дорогах РФ 5
1.1.2 Краткий обзор публикаций по системе обеспечения безопасной эксплуатации вагонов 14
1.1.3 Мероприятия по обеспечению безопасности движения, проводимые в вагонном хозяйстве 18
1.2 Цели и задачи диссертации 32
2 Исследование сущности понятия безопасности вагона 34
2.1 Уточнение терминов и определений 34
2.2 Анализ факторов, влияющих на безопасность вагона 41
3 Принципы и концепция обеспечения безопасной эксплуатации грузовых вагонов 49
3.1 Принципы обеспечения безопасности движения 49
3.2 Концепция обеспечения безопасной эксплуатации грузовых вагонов 51
4 Разработка методических положений к организации работ в рамках первого рубежа защиты подвижного состава от аварий и крушений 59
4.1 Основные положения 59
4.2 Целевая функция к задаче оптимизации параметра безопасностивагона 66
4.2.1 Область определения целевой функции 66
4.2.2 Структура базы исходных данных 70
4.2.3 Аналитическое выражение целевой функции 71
4.3 Формирование базы исходных данных 83
4.3.1 Элементный состав расчетной схемы вагона в смысле надежности 83
4.3.2 Формирование выборок наработок до опасных отказов составных частей вагона 94
4.3.3 Оценка показателей безотказности деталей списочного состава 108
Технология построения расчетной схемы вагона для оценки предрасположенности его к сходу с рельсов 122
Оптимизация параметров безопасности вагонов 127
Основные результаты 135
Информационные технологии, обеспечивающие реализацию функций второго рубежа защиты подвижного состава от аварий и крушений 137
Контроль и обеспечение своевременности постановки вагонов в деповской и капитальный ремонты 137
Технология тестирования работоспособности отраслевой системы обнаружения опасных повреждений вагонных конструкций в условиях эксплуатации 164
Основные результаты 171
Заключение 172
Литература 176
Приложение
- Краткий анализ состояния безопасности движения на железных дорогах РФ
- Анализ факторов, влияющих на безопасность вагона
- Концепция обеспечения безопасной эксплуатации грузовых вагонов
- Целевая функция к задаче оптимизации параметра безопасностивагона
Введение к работе
Обеспечение приемлемого уровня безопасности движения (БД) является важным условием эффективной работы железных дорог. Главными отраслевыми документами по безопасности движения, как известно, являются Правила технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации (ПТЭ), Инструкция по сигнализации на железных дорогах РФ (ИСИ) и Инструкция по движению поездов и маневровой работе на железных дорогах РФ (ИДИ).
В ПТЭ сформулированы основные положения и порядок работы железных дорог и работников железнодорожного транспорта, основные размеры, нормы содержание важнейших сооружений, устройств, подвижного состава и требования, предъявляемые к ним, системы организации движения поездов и маневровой работы, а также применяемой на транспорте сигнализации.
В ИСИ приведена система звуковых и визуальных сигналов, упорядочивающих движение поездов и маневровую работу, а также типы сигнальных приборов.
В ИДП регламентирован порядок движения поездов при различных средствах сигнализации и маневровой работы на станциях с подробным указанием действий работников, связанных с движением поездов.
Положения этих документов конкретизируются с помощью других инструкций и руководящих указаний, относящихся к разработке и соблюдению норм проектирования, ремонта и использования подвижного состава. Сюда, прежде всего, следует отнести:
- Основные направления системы профилактических мер по предупреж
дению аварийности на железных дорогах (Приложение 1 приказа МПС №1Ц, от
8.01.94г.);
- Классификация нарушений БД в поездной и маневровой работе на же
лезных дорогах (Приложение 2 приказа МПС №1Ц, от 8.01.94г.);
- Инструкция о порядке служебного расследования нарушения БД в по
ездной и маневровой работе на железных дорогах (Приложение 3 приказа
МПС №1Ц, от 8.01.94г.);
Инструктивные указания о порядке информирования о случаях нарушений БД в поездной и маневровой работе на железных дорогах;
Инструктивные указания о порядке учета и отчетности по нарушениям БД в поездной и маневровой работе на железных дорогах;
Правила ведения книги ревизорских указаний (форма РБУ-8);
И другие документы.
Соблюдение основных положений этих документов не является достаточным условием обеспечения БД на должном уровне. На основе анализа состояния БД на железных дорогах попытаемся найти «узкие места» в существующей системе обеспечения безопасной эксплуатации грузовых вагонов, сформулировать цели и задачи настоящей диссертационной работы.
Краткий анализ состояния безопасности движения на железных дорогах РФ
Основные сведения по БД на железных дорогах РФ обобщаются в Департаменте БД и периодически публикуются в печати.
В последние годы, начиная с 1992г., наблюдается снижение числа аварий, крушений и других нарушений БД. Это уменьшение явилось как следствием падения объемов перевозочной работы, так и позитивного воздействия ежегодно проводимых мероприятий направленных на обеспечение БД. Объективности ради, аварийность на транспорте целесообразнее измерять с помощью числа нарушений БД на единицу эксплутационной работы: поездо-км, т-км брутто и т.п.
Показатели эксплутационной работы в т-км брутто и число нарушений БД приведены в табл. 1.1 Из таблицы видно, что объем перевозочной работы, выполненной в 2000 году, снизился по сравнению с 1992г. почти в два раза. Число случаев брака в работе за тот же период уменьшилось в 2,3 раза, а число крушений - в 4,6 раза. Последствия от крушений и аварий грузовых поездов за 1996 и 1997 годы приведены в табл. 1.2
Из последней таблицы видно, что относительное число крушений уменьшается с течением времени, т.е. число крушений, приходящихся на каждую единицу выполненной эксплутационной работы, падает. Относительное же число браков в работе за тот же период времени практически удерживается на постоянном уровне. По числу крушений, происходящих с 1991 по 2000гг. (табл. 1.4.), на первом месте стоят путейцы ( 50%) и на втором ( 30%) - вагонники.
Таблица 1.4 А по числу браков в работе первенство устойчиво сохраняется за вагонным хозяйством, что видно из табл. 1.5
В среднем каждый третий случай брака в работе от общего их числа на сети дорог происходит по вине ВХ, каждый третий сход подвижного состава в поездах - из-за технической неисправности вагонов. Эти цифры заставляют нас боле внимательно изучить статистические данные о состоянии безопасности в ВХ (табл. 1.6.)
Всего за период с 1992 по 2000г. произошло 48 крушений. Из этого числа одно крушение было допущено из-за неисправности крытого вагона, 20 крушений (или 41,6%) - из-за неисправностей полувагонов, 19 (39,6%) - из-за неисправности цистерн и 8 (16,6%) — из-за неисправности прочих типов вагонов. В таблице 1.7 названы элементы конструкции и их отказы, по которым имели место аварии и крушения. Как видно из таблицы, вызывает серьезную тревогу продолжающиеся изломы колес, шеек оси, автосцепки и некоторых других узлов вагона. Кроме того, данные этой таблицы не полностью характеризуют указанные детали как источники возможных крушений, т.к. принятые на железнодорожном транспорте признаки классификации транспортных происшествий основаны на их последствиях.
Многие отказы вагонов, зарегистрированные как брак в работе (см. табл. 1.8) при неблагоприятном (роковом) стечении обстоятельств могут привести к крушению или аварии поезда.
Из этой таблицы следует, что несмотря на уменьшение количественных показателей аварийности в ВХ, такие опасные случаи брака, как излом шейки оси, разрушение колеса, обрыв автосцепки, сходы подвижного состава, излом боковины тележки и отправление поезда с перекрытыми концевыми кранами, наблюдаются в эксплуатации.
Тем не менее, общая динамика изменения числа браков положительна: в 1997 году оно уменьшилось по сравнению с 1996 годом на 589 случаев, т.е. на 16%. Некоторые специалисты связывают этот период с положительным последствием введения в 1995 году новой системы ремонта (приказ МПС № 7 ЦЗ) в период до первого капитального ремонта полувагоны и цистерны стали ежегодно проходить деповской ремонт.
Нам, конечно, удобно остановиться на этом достаточно простом объяснении. Только тогда как-то надо объяснить феномен уменьшения числа браков в работе ВХ в 1994г. на 1333 случая, т.е. на 21,4% по сравнению с 1993 годом. Казалось бы, упомянутое уменьшение браков в работе объясняется максимальным падением грузооборота (см. табл. 1.6) в период 1993-94 гг. почти на 25%. Однако, за тот же период списано также максимальное количество вагонов инвентарного парка - 151726 единиц. Так что уместнее учитывать работу усредненного вагона, а она согласно табл. 1.6 в 1993 году составляла 2,9 млн т-км и в 1994г. 3 млн т-км, т.е. почти не изменилась нагрузка на вагон или интенсивность его эксплуатации. Заметим, кстати, что подобное справедливо и относительно другой упомянутой выше пары лет (1996 и 1997гг.), только объём выполненной работы в этот период усредненным вагоном был больше и составлял 3,4 млн т-км. Поэтому уменьшение периодичности ДР вагонов, предусмотренное накануне принятой системой ремонта (приказ МПС №7 ЦЗ), допустимо трактовать в качестве важного фактора сокращения на 16% числа случаев брака в работе ВХ в 1997 году по сравнению с 1996г.
Сложнее вопрос о толковании факта уменьшения числа случаев брака в работе в 1994 году по сравнению с 1993 годом на 21%. Здесь уже трудно выделить один, явно доминирующий фактор, вполне возможны следующие: - оздоровляющее воздействие на техническое состояние парка - исключение из инвентаря в рассматриваемый период наибольшего количества изношенных вагонов; - приходящийся на рассматриваемый период всплеск эффекта от внедрения в 1991 году системы ремонта, предусматривающей новую стратегию ДР — ремонта по фактическому техническому состоянию грузовых вагонов. Эта стратегия нацелена не только на общую экономию ресурсов ВХ, но и на каче ство технического содержания вагонного парка, т.к. в ДР отправляются в первую очередь наиболее изношенные и разбитые вагоны; - реализация комплекса организационных мер по предупреждению ава рийности, определённых решениями Коллегии и соответствующими приказами МПС по вопросам безопасности движения. Особенно это касается приказа МПС №1 Ц «О мерах по обеспечению безопасности движения на железнодо рожном транспорте» от 8.01.1994г. и его приложений. В целом же по отрасли на протяжении последних лет (1992-1999гг.) по данным МПС количество крушений сокращено с 42 до 8. Количество случаев брака в поездной и маневровой работе снижено за указанный период на 66%, в том числе сходов подвижного состава в грузовых поездах с 363 до 40 случаев. В этих результатах имеется определенный вклад работников ВХ, что показано выше. Улучшение с состоянием БД в ВХ явилось, кроме того, следствием проводимой в подотрасли технической политики, направленной на: - изъятие из эксплуатации старогодных литых боковин и надрессорных балок тележек грузовых вагонов; - модернизацию тормозного оборудования и буксового узла;
Анализ факторов, влияющих на безопасность вагона
Вагонные конструкции имеют один существенный недостаток - ограниченную контролепригодность некоторых ответственных несущих узлов в условиях эксплуатации. Последствия указанного недостатка вагонных конструкций усугубляются тем, что осмотрщики вагонов не вооружены соответствующими техническими средствами обнаружения признаков опасных отказов. Им пока остается полагаться на свой опыт, основанный на интуиции и органолептиче-ских методах, т.е. на слухе, зрении, осязании и т.п.
С учетом сказанного, а также благодаря такому рассмотренному выше свойству конструкций как их живучесть вполне реальна ситуация, когда вагон какое то время находится в так называемом скрытом аварийном состоянии (САС) и, следовательно, используется в перевозочном процессе как исправный. И это даже в том случае, когда осмотрщики действуют в полном соответствии с ПТЭ, установленными параметрами технологических процессов и т.п.
Пребывание вагона в САС может завершиться либо постановкой его в плановый ремонт (просто время подоспело), либо обнаружением опасного повреждения узла вагона с последующей отцепкой его в текущий ремонт, либо переходом собственно вагона или поезда в очевидное для всех состояние полной потери работоспособности - сход с рельсов, разрыв автосцепки, и т.п. с соответствующими последствиями той или иной тяжести. При этом для выяснения причины транспортного происшествия (какая деталь отказала, почему и по чьей вине и т.п.) нередко требуются достаточно сложные разбирательства с привлечением экспертов.
Итак, интерес представляют два события: вхождение вагона в САС и варианты выхода из него. На вероятности этих событий влияет соотношение таких факторов как прочность и живучесть вагонных конструкций, периодичность и качество плановых ремонтов, квалификация осмотрщиков и др. Эти факторы, их игра и определяет содержание или, так сказать, анатомию такого свойства вагона как его безопасность.
Для уменьшения вероятности вхождения вагона в САС необходимо установить правильное соотношение между безотказностью (выразим ее через случайную величину % - наработка вагона до опасного отказа) и периодичностью плановых ремонтов, точнее, - периодичностью глубоких диагностик вагона (выразим ее через величину Бд, называемую параметром безопасности ваго на).
В самом деле, из двух ситуаций, показанных на рис. 2.1, безопасна та, которая соответствует случаю «а». В этом случае период безотказной работы (0,) перекрывает период глубокой диагностики (0, БД). Зная показатели безотказности вагонных конструкций, можно установить периодичность плановых ремонтов или глубоких диагностик в полном соответствии с рис.2.1,а. Рис. 2.1 Факторы, определяющие вхождение вагона в С АС.
Перейдем теперь к краткому анализу вариантов выхода вагона из САС, для чего воспользуемся наглядной интерпретацией явления, представленной на рис.2.2.
Первый вариант выхода вагона из САС (благодаря постановке в плановый ремонт) характеризуется следующими условиями (см. рис.2.2,а): где q — наработка вагона до обнаружения опасного повреждения; IБД заранее планируемый момент постановки вагона в глубокую диагностику (или в деповской ремонт); = q — % - промежуток времени между моментами обнаружения и появления опасного повреждения; tp момент полной потери работоспособности вагона; (t] ,t2) - отрезок времени, в течение которого имеют место неблагоприятное сочетание обстоятельств (РСО); Тж - живучесть ваго-на ост № БД %) " наработка аварийного вагона до ближайшего планового ремонта (или глубокой диагностики).
Понятно, что величины , q, 9 Тж, Tocm, t , tl, t2 - являются случайными, а на рис. 2.2 показаны их конкретные реализации. Рис.2.2 Варианты выхода вагона из САС.
Рассматриваемый первый вариант выхода вагона из САС срабатывает, видимо, чаще других, и тогда основной преградой авариям и крушениям поездов является дефектоскопия ответственных несущих узлов конструкции вагонов в рамках плановых ремонтов или глубокой диагностики. Указанный вид контроля на порядок эффективнее контроля технического состояния вагонов в эксплуатации.
Чтобы нахождение вагона САС оканчивалось благополучно, т.е. постановкой его в плановый ремонт (например в деповской (ДР)), необходимы такие конструкции, запас живучести которых Тж был бы сопоставим с величиной Бд. Тогда для качественного скачка в деле обеспечения безопасности вагонов достаточно обладать методами обеспечения требуемых запасов живучести на стадии проектирования и конструирования подвижного состава. Следует, однако, указать на отсутствие апробированных методов решения упомянутой задачи.
Второй вариант выхода из САС (благодаря обнаружению опасного повреждения во время эксплуатации) характеризуется следующими условиями (рис.2.2,б):
Этот вариант является самым предпочтительным и, собственно говоря, для его реализации функционирует отраслевая система своевременного обнаружения опасных повреждений (ОСОП) вагонов. Для увеличения вероятности реализации рассматриваемого варианта выхода вагона из САС необходимы мероприятия, направленные на уменьшение величины - повышение квалификации осмотрщиков, совершенствование конструкций в части их контролепригодности в условиях эксплуатации, разработка переносных технических средств диагностики, желательно тестового характера и т.п.
Третий вариант выхода вагона из САС (благодаря переходу в очевидное для всех состояние полной потери работоспособности вагона или поезда) характеризуется условиями (рис.2.2,в):
Этот вариант развития событий самый неблагоприятный и для минимизации его вероятности необходимы мероприятия по уменьшению продолжительности нахождения вагона в САС, т.е. величины С, . Если к тому же, то есть к условию (2.3), имеет место событие ґ, t ], то возможны тяжкие последствия транспортного происшествия, которое может быть квалифицировано как авария или крушение поезда. Поэтому вдобавок к указанным выше нужны мероприятия по исключению той части причин появления неблагоприятного, можно сказать, рокового стечения обстоятельств (РСО), в основе которых лежат ошибочные, не квалифицированные действия работников, нарушения трудовой и технологической дисциплины и пр.
Итак, существуют следующие пути минимизации вероятности аварий и крушений поездов по вине вагонного хозяйства: 1. Повышение живучести Тж и безотказности J вагонных конструкций до таких значений, чтобы имело место
Концепция обеспечения безопасной эксплуатации грузовых вагонов
Выше отмечалась многофакторность проблемы обеспечения безопасной эксплуатации вагонов. Для решения этой непростой проблемы нужен системный подход, в основе которого должна лежать концепция обеспечения безопасности. В качестве таковой уместна известная в теории надежности идея глубоко эшелонированной защиты рассматриваемого объекта (вагон, поезд) от аварии. В ней целесообразно выделить три рубежа (уровня) защиты для предупреждения аварий и один - для смягчения последствий аварий и крушений.
Основное требование к первым трем указанным рубежам - надежная работа хотя бы одного из них должна обеспечивать защиту объекта (вагона) от аварий и крушений.
Первый рубеж защиты обеспечивается на этапе проектирования вагона - в конструкцию наиболее ответственных узлов вагона закладываются такие свойства, как безотказность, живучесть и контролепригодность.
Второй рубеж защиты от аварий - оперативное обеспечение безопасности каждого вагона в процессе эксплуатации.
Третий рубеж защиты от аварий представляет собой комплекс мероприятий, направленных на максимальное снижение вероятности неблагоприятного (рокового) стечения обстоятельств (РСО). Оно либо играет роль детонатора, благодаря которому скрытое аварийное состояние (САС) вагона может мгновенно привести к крушению поезда, либо многократно увеличивает последствия транспортного происшествия (ТП), либо приводит непосредственно к крушению, либо к комбинации указанных событий.
Четвертый уровень защиты - совокупность мероприятий по ослаблению последствий возможных аварий и крушений поездов.
Для практической реализации любого из перечисленных уровней (рубежей) защиты подвижного состава от аварий необходимо располагать количественными показателями качества соответствующих мероприятий, средствами и механизмом их достижения.
Оставшаяся часть настоящего параграфа будет посвящена этому вопросу. Первый уровень защиты. В качестве показателя качества этого уровня защиты предлагается использовать так называемый параметр безопасности вагона - обозначим его через (щ), под которым понимается максимально допустимый пробег вагона между глубокими его диагностиками.
В следующем, четвертом разделе настоящей диссертационной работы представлена методика оптимизации этого параметра. Оптимальный уровень 1т достигается путем применения материалов с улучшенными служебными характеристиками, эффективных технологий упрочнения, введения так называемых коэффициентов запаса живучести при обосновании признаков представленных состояний деталей и т.п.
Механизм реализации этих мероприятий обеспечивается существующей практикой проектирования и изготовления конструкций. В самом деле, вагон, как и любое техническое устройство, проходит такие этапы разработки как техническое задание, техническое предложение, эскизный проект, технический проект и т. п. Содержание этих этапов регламентируется комплексом стандартов ЕСКД и ЕСТД.
Поэтому при разработке, скажем, ТУ на те или иные ответственные узлы вагона может быть предусмотрено использование соответствующих материалов и конструктивных решений, обеспечивающих оптимальный уровень величины
Однако еще не достаточно располагать вагонами с оптимальной величиной параметра безопасности т. Надо уметь эффективным образом воспользоваться этим обстоятельством в реальных условиях обезличенной эксплуатации грузовых вагонов. Возможны два варианта. 1. Стратегия ДР по состоянию. В этом случае достаточно располагать системой своевременного вывода вагона из эксплуатации (в глубокую диагностику, например). Данная система разработана при активном участии автора настоящей работы и рассмотрена в разделе 5.
2. Стратегия ДР по наработке (календарной или пробеговой - не имеет значения). Тогда надо, вдобавок располагать еще и методикой оптимизации параметров системы ремонта. Органически учитывающей требования к безопасности движения в виде конкретных значений БД. Указанная методика и примеры ее использования приведены в диссертационной работе Митюхина В.Б. [71]. Второй уровень защиты подвижного состава от аварий. В качестве показателя качества мероприятий в рамках рассматриваемого уровня защиты предлагается использовать такой известный показатель безопасности как риск аварии. При этом следует вкладывать в него содержание, отражающее особенности технической эксплуатации грузовых вагонов и потенциальные возможности отраслевой информационной системы ДИСПАРК. С помощью системы централизованного номерного учета вагонов (подсистема ДИСПАРК) в настоящее время осуществляется непрерывный контроль за техническим состоянием каждого грузового вагона, анализируется накопленная информация об отцепках. На основе этой информации вполне возможно вырабатывать достаточно качественные оперативные управляющие решения по предупреждению аварий. Подобные технологии используются на железных дорогах некоторых стран, их называют мониторинг - технологиями В настоящей работе будут рассмотрены четыре способа оценки риска аварии: два количественных показателя, ориентированных на наугад взятый вагон, и два качественных показателя, конкретного вагона получаемые по результатам наблюдений (с помощью системы ДИСПАРК) за его техническим состоянием. В качестве количественных показателей риска аварии удобно воспользоваться следующими вероятностями: где q — наработка вагона до обнаружения опасного отказа; Q - продолжительность нахождения вагона в скрытом аварийном состоянии (САС); 1 — гарантийный участок ПТО; im - периодичность глубокой диагностики вагона.
Закон распределения случайной величины q нетрудно подобрать, опираясь на известные методы математической статистики. Этому способствует то указанное неоднократно выше обстоятельство, что на транспорте в настоящее время функционирует система автоматизированного сбора данных об отцепках вагонов в текущие ремонты (а так же - в плановые). Это система ДИСПАРК.
С идентификацией закона распределения случайной величины дело сложнее. Тем не менее, при участии автора настоящей диссертационной работы разработана методика получения реализации рассматриваемой случайной величины на базе сетевого эксперимента (см. разд. 5).
Приведем теперь определения остальных двух показателей, вернее признаков, риска аварии конкретных вагонов. 1. Если системой ДИСПАРК зафиксирован факт резких изменений в динамике технического состояния вагона (резкого увеличения частоты отцепок в текущий ремонты, затрат на ремонты, оборота вагона и т.п.), то он авто матически вносится в список аварийных (до подробного выяснения обстоятельств). 2. Если системой ДИСПАРК потерян или пропущен сигнал (информация) о техническом состоянии вагона, то он автоматически вносится в список аварийных (до выяснения обстоятельств). С помощью отраслевой системы централизованного пономерного учета подвижного состава, как уже неоднократно говорилось, осуществляется непрерывный контроль за техническим состоянием каждого грузового вагона. Понятно, что неотъемлемой составляющей анализа накопленной информации об отцепках является их классификация относительно тех или иных признаков. Все зависит от решаемой задачи. Так, при классификации причин опасных отказов, важно знать на каком этапе технологического цикла использования вагона (равного периоду оборота вагона) они появились: при погрузке; в процессе формирования или расформирования поездов на сортировочных станциях; движения в составе поездов (в груженом или порожнем состоянии); при выгрузке груза. Серьезным фактором аварийности является качество ремонтов, контроля технического состояния вагонов и т.п. Для оценки влияния этих факторов на аварийность требуются другие признаки классификации опасных отказов. Проблема заключается в разработке подходящих экспресс - методов получения показателей аварийности (3.1) и (3.2) или списка условно аварийных вагонов. Кроме этого, желательно располагать предельно допустимыми значениями показателей аварийности. В этом случае вполне возможно вырабатывать достаточно качественные оперативные управляющие решения, направленные на предупреждение аварий и крушений подвижного состава. Подобные технологии используются на железных дорогах некоторых стран, их называют мониторинг - технологиями. Наиболее существенным и в настоящее время реализуемым средством управления безопасностью на стадии эксплуатации является неразрушающий контроль повреждений ответственных несущих узлов вагонных конструкций в рамках плановых ремонтов, контроль качества этих ремонтов, а также обеспечение своевременной постановки вагонов в деповские ремонты с помощью специально разработанной автоматизированной отраслевой системы (см. разд. 5). Так по данным МПС ежегодно в вагонных депо отбраковано только за 2001 год почти 20 тыс. колесных пар, 28 тыс. боковых рам тележек и 24 тыс. надрессорных балок грузовых вагонов. Зачастую дефектоскопия подобных ответственных несущих узлов является единственной технологической операцией, позволяющей предотвратить аварию или крушение. Третий рубеж защиты подвижного состава от аварий и крушений. Строго говоря, если бы даже значения каждого из огромного множества параметров, определяющих функционирование элементов транспортной системы вагонные работники эксплутационной среды, не выходили с очень большой вероятностью за пределы поля допуска, то даже это идеальное событие не обеспечивало бы с ощутимой вероятностью безопасность этой системы. В самом деле, для подобных систем характерна возможность сложных комбинаций событий, вероятность каждого из которых мала, а в сумме таких «невероятных» событий набирается много. Тогда согласно теореме сложения вероятностей справедлив сделанный выше вывод относительно безопасности сложных систем.
Целевая функция к задаче оптимизации параметра безопасностивагона
Начнем с описания правил, согласно которым вагон изымается в ремонты и техническое обслуживание. Совокупность этих правил, как отмечено выше, принято называть стратегией технического содержания.
С помощью упомянутых стратегий удобно схематизировать техническую эксплуатацию подвижного состава. В табл. 4.1 приведены наиболее часто применяемые в технике стратегии.
На выбор той или иной стратегии влияет множество факторов - особенности конструкции объекта ремонта (контролепригодность, расчленяемость, доступность), сложившиеся технологии ремонта и контроля технического состояния, степень вооруженности работников техническими средствами обнаружения повреждений, схема использования объекта по назначению, постановка решаемой задачи и т.п.
Стратегии 1-М (табл.4.1) используются для агрегатов и составных частей вагона. Так, стратегия №1 применима, скажем, для тормозной колодки, а №4 - для пятникового узла вагона. № Описание стратегии 1. Плановый (по времени) ремонт или техническое обслуживание изделия не предусматривается. Ремонт выполняется при обнаружении отказа. 2. В заранее установленные моменты времени (или после заранее установленного пробега) проводятся ремонты. При возникновении отказа - неплановые ремонты. 3. При заранее заданных наработках изделие отправляется в ремонт, а в случае отказа в плановый ремонт. При этом очередной плановый ремонт перепланируется. 4. Предусмотрены лишь плановые ремонты 5. Через заранее установленные периоды (пробеги) оценивается техническое состояние контролепригодных деталей. При обнаружении признаков пред-предельного состояния изделия производится текущий его ремонт. Для диагностики технического состояния узлов, с ограниченной контролепригодностью в условиях эксплуатации изделие с заранее установленной периодичностью изымается из эксплуатации в глубокую диагностику. С помощью специальных диагностических технологий на основе экспертных оценок по окончании глубокой диагностики изделия принимается решение об отправке его либо в ДР, либо в ТР, либо в дальнейшую эксплуатацию с указанием следующей даты постановки в глубокую диагностику. Через установленные пробеги, равные длине гарантийных участков, оценивается техническое состояние контролепригодных в условиях эксплуатации элементов конструкции изделия (вагона). При обнаружении признаков предпредельного состояния этих элементов производится их текущий ремонт. Через заранее установленные пробеги вагон изымается из эксплуата ции в плановые ремонты крупного объема (ДР и КР). Предусмотрены Продолжение табл. 4.1 плановые технические ревизии таких ответственных узлов и агрегатов как буксовый узел, ударно-тяговые приборы, колесная пара и тормозное оборудование. В момент начала эксплуатации вагона с помощью специального статистического эксперимента определяется дата первого ДР. Результаты эксперимента заносятся в трафарет вагона. Если к указанной на трафарете вагона дате ни один элемент конструкции не отказал, то в назначенный момент времени (или через определенный пробег) начинается деповской ремонт планово-предупредительного характера (ДРі). Если же к услов-леному моменту времени начала ДР какой-либо элемент конструкции вагона отказал, но возможны следующие два случая.
Первый — отказ при технических осмотрах на ПТО не обнаружен. Тогда в момент, обозначенный на трафарете вагона начинается деповской ремонт планово-аварийного характера (ДРг)- Второй случай — отказ при технических осмотрах на ПТО обнаружен. В этом случае в момент обнаружения отказа начинается текущий ремонт (ТР). После окончания любого из названных ремонтов с помощью того же статистического эксперимента перепланируется момент начала следующего ДР. Далее процесс технической эксплуатации повторяется.
Что касается грузового вагона в целом, то в настоящее время действует стратегия технического содержания №6. В этом случае используются стратегии деповского и капитального ремонтов по так называемой наработке, т.е. вагоны подаются в эти виды ремонта через заранее установленные сроки (или пробеги) независимо от их технического состояния. А вот капитально-восстановительный ремонт (КВР) равно как и ТР, осуществляется по фактическому техническому состоянию. В табл.4.2 приведена регламентированная Указанием МПС №К-2746У от 06.12.99 стратегия ДР по пробегу.
К сожалению, многие специалисты принимают стратегию ДР по пробегу і (см. табл.4.2) как стратегию ДР по техническому состоянию, что вносит опре деленную сумятицу в процесс совершенствования системы ремонта вагонов.
Между тем, схематизированное представление о технической эксплуатации вагона с ДР по фактическому техническому состоянию приведено с помощью стратегии №5 (см. табл. 4.1).
Центральным параметром этой стратегии является периодичность глубоких диагностик, т.е. параметр безопасности вагона lm. И нам надо выйти на целевую функцию для оптимизации этого параметра.
Для вывода формулы упомянутой функции воспользуемся расчетной стратегией №7 (см. табл.4.1). В этом случае вагон в процессе эксплуатации может пребывать в шести различных состояниях (обозначим их через Стратегия деповского ремонта
Смена состояний происходит в случайные моменты времени. Следовательно, эволюция состояний вагона во времени есть некий случайный процесс, любая реализация которого x(t) является случайной функцией вида:
Как видно в методику оптимизации ш заложено то обстоятельство, что моменты появления и обнаружения опасного отказа вагона не совпадают. Тем самым удается в расчетной схеме учитывать возможность брака в работе осмотрщика, ограниченную контролепригодность вагонных конструкций и т.п. как правило, на некоторые допущения и упрощения. В данном случае будем полагать: І.При любом ремонте, предусмотренном расчетной стратегией №7 (табл.4.1), работоспособность вагона восстанавливается на 100%. Это допущение в определенной мере оправдывается тем, что в вагонном хозяйстве давно провозглашен и постепенно осуществляется курс на внедрение агрегатного метода ремонта. 2. Периодичность ДР вагона БД является случайной величиной с функци ей распределения G\t). Это допущение является методической уловкой и аргументировано будет ниже снято. 3. Моменты обнаружения опасного отказа вагона и подачи его в ремонт совпадают.
Приступим теперь к непосредственной процедуре вывода формулы коэффициента оперативной готовности вагона (целевой функции). Пусть в случайные моменты времени t. {і- 1, 2, 3,. ..) происходит восстановление работоспособности вагона. В силу принятого допущения №1 наработки до указанных моментов времени являются независимыми и одинаково распределенными случайными величинами. Тогда интервалы р. = tM — t. есть периоды между соседними ремонтами, которые образуют последовательность независимых и одинаково распределенных случайных величин. Это обстоятельство разрешает нам не связывать величину ф с индексом /.
Обозначим через математическое ожидание числа восстановлении вагона за время t. Тогда dQ\t) можно с некоторым приближением трактовать как вероятность того, что в момент времени t ремонт вагона завершен. Рассмотрим следующее событие: В произвольный момент времени t вагон находится в работоспособном состоянии и не откажет в течение времени Z Согласно терминологии теории надежности вероятность этого события суть искомый коэффициент оперативной готовности, т.е.
