Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ и оценка состояния вопроса по обеспечению безопасности перевозок на промышленных железных дорогах 11
1.1 Особенности работы промышленных железных дорог 11
1.2 Анализ нарушений безопасности перевозок на промышленных железных дорогах 14
1.3 Анализ нарушений безопасности перевозок на Кузнецком металлургическом комбинате 19
1.4 Состояние вопроса и задачи исследования 28
2 Методические основы разработки организационно - технических решений по повышению технической безопасности пути промышленных железных дорог 36
2.1 Система управления путевой безопасностью. Основные цели и задачи 36
2.2 Разработка функций, процедур и последовательности их выполнения в системе управления путевой безопасностью 39
2.3 Разработка структуры системы управления путевой безопасностью. Подсистемы и элементы 49
3 Разработка методики информационного обеспечения функционирования системы управления путевой безопасностью 62
3.1 Определение зависимости количества нарушений путевой безопасности от внутренних факторов 62
3.2 Определение зависимости количества нарушений путевой безопасности от внешних факторов 88
3.3 Разработка критериев оценки состояния путевой безопасности 102
3.4 Разработка методики прогнозирования состояния путевой безопасности 111
4 Композиция общей цели из целей подсистем 118
4.1 Оценка влияния техническою персонала на путевую безопасность 118
4.2 Разработка организационных и технических предложений по повышению эффективности функционирования подсистемы параметров пути 131
5 Технико - экономическое обоснование предполагаемых мероприятий по повышению уровня путевой безопасности на промышленном железнодорожном транспорте 142
Общие выводы и рекомендации 155
Список использованных источников 157
Приложения 166
- Анализ нарушений безопасности перевозок на промышленных железных дорогах
- Разработка функций, процедур и последовательности их выполнения в системе управления путевой безопасностью
- Определение зависимости количества нарушений путевой безопасности от внешних факторов
- Разработка организационных и технических предложений по повышению эффективности функционирования подсистемы параметров пути
Введение к работе
Промышленный транспорт является неотъемлемой частью единой транспортной системы страны. Промышленный транспорт представлен комплексом технических средств, обеспечивающих транспортирование грузов промышленных предприятий, производство погрузочно-разгрузочных работ и непосредственную связь с другими предприятиями и транспортом общего пользования.
Промышленные железные дороги являются важным звеном производственных процессов предприятий ведущих отраслей промышленности [45], [80].
Технологические особенности промышленных железных дорог, заключающихся в возможности использования различных видов энергии, небольшом удельном сопротивлении движению подвижного состава, освоение больших грузооборотов, работе в различных климатических условиях, высокой надежности, значительных сроков службы технических средств, низкой себестоимости перевозок и др., обеспечили их широкое внедрение во многих отраслях промышленности и строительства. Важным обстоятельством является то, что при выходе промышленных грузопотоков на сеть железных дорог общего пользования не требуется перегрузки грузов.
Кроме того, промышленный транспорт является доминирующим звеном конкретных производств и предприятий. Его сбои приводят к большим материальным потерям основного производства, техногенным происшествиям и чрезвычайным ситуациям; во-вторых, он значительно влияет на экономические показатели выпускаемой продукции, так как транспортная составляющая на предприятиях достигает 30-50% и более в себестоимости продукции [45].
Поэтому, только бесперебойная и взаимоувязанная работа промышленного транспорта и транспорта общего пользования может
5 обеспечить успешное выполнение транспортных связей между производством
товара и его перемещением.
Период формирования системы новых экономических отношений характеризовался значительным спадом промышленного производства, что привело к резкому - более чем в 2 раза уменьшению платежеспособного спроса на перевозки и услуги. Фактически прекратились инвестиции в транспортный комплекс и обновление технических средств. После длительного экономического спада, начиная с 1998 г., наступил период заметного оживления и стабильного роста производства и востребованности транспортных услуг, (рис. 1,2).
Протяженность промышленных железных дорог, обслуживающих основные отрасли производства составляет 53,3 тыс. км.
К основным эксплуатационным особенностям относятся следующие:
повышенные осевые и погонные нагрузки, доходящие до 500-600 КН на ось и до 300-380 КН/пог.м.;
малые диаметры колес, повышенная жесткость рессорных комплектов, двух-, трех- и четырехосные тележки и балансирные системы их соединения, локомотивы большой мощности, повышенного сцепного веса и др.;
большое различие массы, длины, габаритов, температур перевозимых грузов, различное их агрегатное состояние и гранулометрический состав;
высокая степень загрязненности, химический выброс в районах доменных, коксохимических цехов и других местах. В условиях повышенной влажности это приводит к интенсивной коррозии металла рельсового пути, особенно резьбовых соединений, стыковых и промежуточных скреплений, деталей стрелочных переводов;
на технологических путях предприятий имеются участки с высокой температурой перевозимых грузов, наблюдаются выплески расплавленного металла, падение на путь слитков, больших кусков породы и другие явления;
специфические режимы движения транспортных средств, особенно в пределах заводских площадок, связанные с частыми разгонами и торможениями в условиях пониженного сцепления колес с рельсами.
Объем перевозок на промышленном транспорте
39^
21,9 26«
Q, млрд.т 40'
32'
16'
53%
32%
1996 1997 1998 1999 2000 2001 Год
'/// Азтомоснльный \ ] Железнодорожный
Непрерывный
Рис. 1. Объем перевозок на промышленном транспорте.
н 14
ч 2
С? 12 Н
3,2 з,1
1 1 і 1 і : 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Годы
Объем перевозок в СССР Объем перевозок в России
Рис.2. Объем перевозок на промышленном железнодорожном транспорте.
8 Стесненные условия развития путевой схемы вызывают ряд особенностей
трассы линии: в частности имеется большое количество кривых малых радиусов,
величина которых в некоторых случаях достигает 50м и менее. На
металлургических заводах кривые радиусов 80-300м составляют около 30%, а на
заводах дореволюционной постройки 50-60%. На металлургических горнорудных
предприятиях много больших уклонов (до 25 /оо на заводах и до 40-60 /00 на
открытых горных разработках). На таких участках наблюдаются значительные
продольные силы угона, повышенный абразивный износ рельсов, расстройства
рельсошпальной решетки, что требует проведения специальных конструктивных
мероприятий, обеспечивающих стабильность пути.
Большой удельный вес в составе железнодорожных путей имеют стрелочные переводы. На 1км пути на заводах приходится до 4-8 стрелочных переводов.
Указанные особенности условий эксплуатации путей промышленных предприятий приводят к быстрому расстройству рельсовой колеи, повышенному износу головки рельсов и ходовой части подвижного состава, а нередко к сходам подвижных единиц.
Устранение неисправности пути, частая перешивка, замена сравнительно быстро выходящих из строя рельсов и шпал, а так же устранение последствий сходов подвижного состава обходятся крайне дорого и вызывают дополнительные расходы остродефицитной рабочей силы.
Анализ публикаций в научной прессе, а также выступления специалистов транспортной отрасли приводит к выводу, что начало XXI в. может быть критическим в плане возрастания числа аварий в стране [7].
Такое утверждение связанно с тем, что заканчивается ресурс ряда потенциально опасных объектов, эксплуатация которых началась 20-30 лет назад. Регламент их эксплуатации был ориентирован на плановые замены оборудования в течении срока службы, безусловное выполнение плановых предупредительных ремонтов и т. п. Процессы перестройки экономики негативно сказались на условиях финансирования эксплуатации таких объектов. Это привело к тому, что средний износ многих инженерных коммуникаций и основных фондов сегодня
9 составляет 60% и более, а это та критическая точка, после которой число
аварий начинает возрастать в непредсказуемой последовательности.
В современных экономических условиях возникает задача поиска и разработки организационно - технических решений, обеспечивающих контроль и снижение количества нарушений путевой безопасности.
Один из наиболее перспективных и экономически эффективных вариантов решения указанной задачи - создание системы управления технической безопасностью пути (далее по тексту: «путевая безопасность») промышленных железных дорог. .: Научная новизна работы заключается в следующем:
- предложена методика определения аналитической зависимости
частоты возникновения и взаимосвязи нарушений путевой безопасности с
неблагоприятными факторами на основе систематизации и анализа собранного
фактического материала;
- предложены критерии количественной оценки состояния путевой
безопасности;
- предложена система управления путевой безопасностью на
промышленных железных дорогах;
предложена методика прогнозирования состояния путевой безопасности.
Практическая значимость работы заключается в том, что использование результатов исследования позволяют:
рассчитывать и оценивать влияние различных факторов на состояние путевой безопасности;
рассчитывать и оценивать состояние путевой безопасности;
- обоснованно и целенаправленно распределять материальные,
трудовые и финансовые средства при планировании мер по снижению
количества нарушений путевой безопасности.
Для решения поставленных задач использованы при теоретических расчетах методы математической статистики, статистического и системного
анализа, стандартные программы, эксплуатационные наблюдения и
экспериментальные исследования на опытных участках пути.
При исследовании проводился поиск новых технических и организационных решений, направленных на снижение нарушений путевой безопасности.
Анализ нарушений безопасности перевозок на промышленных железных дорогах
Начиная с 1992 года в результате реорганизации системы управления экономикой и ликвидации большинства министерств осуществлявших ведомственное руководство промышленным транспортом и фактически до 1998 г. государственное регулирование на промышленном транспорте не осуществлялось. За эти годы не было выпущено ни одного нормативно технического документа, регламентирующего функционирование промышленного транспорта, в том числе по вопросам безопасности. Недостаточно эффективно осуществляется контроль и надзор на промышленном транспорте, который находясь в промышленных и жилых зонах населенных пунктов, является объектом повышенной опасности для людей и окружающей среды.
В 1997 году на промышленном железнодорожном транспорте произошло более трех тысяч случаев схода подвижного состава с рельсов, что отмечено в письме № АН - 5/19 от 03.01.1999 г. первого заместителя Министра транспорта РФ Насонова А.П.
Анализ происшествий показывает, что более 40% аварийных случаев произошло в связи с неудовлетворительным состоянием пути, и в первую очередь — стрелочных переводов. В 16% случаев причина в неудовлетворительном состоянии подвижного состава и сверхнормативном износе колесных пар. Около 44% сходов вызвано нарушениями технологической и производственной дисциплины.
Анализ перерывов в движении поездов и маневровых составов на предприятиях промышленного транспорта показывает, что основными причинами их являются сходы вагонов и локомотивов, взрезы стрелок, столкновения. Однако основными нарушениями безопасности перевозок являются сходы подвижного состава, которые составляют 73% от всех случаев нарушений. Причины сходов делятся на три основные группы и обуславливаются: конструкцией и техническим состоянием железнодорожного пути (группа Л), конструкцией и техническим состоянием подвижного состава (группа Б), нарушением ПТЭ, должностных, технологических и других инструкций (группа В) [1], [37].
Для примера приведем данные по наиболее транспортноемкой отрасли металлургической промышленности.
Сходы подвижного состава на металлургических комбинатах распределяются по группам следующим образом: к группе А отнесено 40,1% всех сходов, к группе Б 16,3%, к группе В 43,6%. Наибольшее количество сходов (до 75%) в группе А произошло из-за уширения пути, остальные произошли из-за перекосов и просадок пути, износа рельсов и остряков, неисправностей стрелочных переводов. В группе Б основными причинами сходов являлись износ и подрез гребня колеса (до 40%), заклинивание тележки (до 15%), изломы колесных пар [1].
Наибольшее количество сходов в группе В произошло из-за попадания посторонних предметов под колеса подвижного состава и заливки пути жидким металлом и шлаком (до 41%). Часто происходят сходы из-за наезда подвижного состава на тупиковый упор, односторонней загрузки, проезда запрещающего сигнала светофора, нарушение габарита подвижного состава, при разгрузке на бункерах и отвалах. В целом по всем трем группам наибольшее количество сходов происходит на стрелочных переводах -59%, на перегонах - 27%, на технологических путях - 9%.[1]
Аналогичная картина наблюдается на горно-обогатительных комбинатах (ГОКах). Наибольшее количество сходов происходит по причинам, зависящим от конструкции и технического состояния пути (группа А), особенно из-за отклонений пути по уровню [37].
Для ГОКов характерно большее количество сходов на временных путях (до 74%), хотя их протяженность составляет лишь одну треть от общей длины железнодорожных путей [37], [48]. Наиболее распространенными причинами сходов группы Б являются заклинивание тележки, износ и подрез гребней колес, излом колесной пары, падение триангеля на путь, причинами сходов группы В - односторонняя загрузка (до 40%),нарушение габарита подвижного состава (до 20%) и габарита приближения строений (до 15%), неправильное приготовление маршрута и проезд запрещающего сигнала (17%).[1], [37].
Многие неисправности железнодорожного пути и ходовых частей подвижного состава приводят к неудовлетворительному вписыванию экипажей в кривые участки. Это, в первую очередь, уширения пути, наличие углов в плане (особенно в стыках), боковой износ рельсов, невписывание тележек. Наибольшее количество сходов из-за неудовлетворительного вписывания экипажей в кривые участки пути происходит на временных путях - от 85 до 95%, при этом на карьерные пути приходится 70-80% [37].
В процессе эксплуатации железнодорожный путь и подвижной состав подвергаются износу, происходит накопление деформаций и на элементах появляются разного рода неисправности и дефекты. Для поддержания пути и подвижного состава в исправном состоянии, обеспечивающем безопасность перевозок, проводятся работы по ремонтам и текущему содержанию. В ряде случаев несвоевременное или некачественное устранение неисправностей и отступлений приводят к нарушениям безопасности перевозок, которые наносят значительный материальный ущерб и не позволяют своевременно производить железнодорожные перевозки. Во всех транспортноемких отраслях на железнодорожном транспорте установлена структура и периодичность ремонтов пути и подвижного состава, а также нормы затрат материалов. Так, например, по путевому хозяйству цикл ремонтов включает: капитальный, средний и подъемочные ремонты, текущее содержание пути. Кроме этого могут производиться сплошная смена рельсов, смена стрелочных переводов и другие работы.
Разработка функций, процедур и последовательности их выполнения в системе управления путевой безопасностью
На промышленных железных дорогах до упразднения отраслевых министерств существовала ведомственная система обеспечения безопасности движения. Предприятия промышленного железнодорожного транспорта в настоящее время разрознены. Поэтому применить «Принципы построения и пути совершенствования системы управления безопасностью движения на железнодорожном транспорте» (применяемые на железнодорожном транспорте общего пользования), не представляется возможным, так как они разработаны для централизованной системы управления.
Управление есть процесс целенаправленной переработки информации состояния в информацию командную. Выбор образа действия на основе переработки информации есть решение.
Выделение функции управления вызвано спщгаот А многообразием управленческой деятельности, т.е. процессами принятия решений. Поскольку каждая отдельная функция характеризует специфическую управленческую деятельность, то совокупность таких функций позволяет формировать конкретную систему управления. Процесс управления вне функций управления невозможен.
Под функцией следует понимать важнейшие условия деятельности, при котором проявление целого обеспечивается проявлением и существованием его частей, т.е. это способ воздействия частей внутри целого. Функции могут быть нескольких видов: - распорядительная; - координации и согласования; - субординации и соподчинения; - контролирующая; - целеполагающая.
Распорядительная функция означает закрепление за элементами и подсистемами определенных действий. Данное положение должно быть изложено во внутренних документах предприятия. Распорядительные функции подсистемы управления приведены на рис. 10. Важное значение, для эффективности управленческих действий, имеет также их последовательность и очередность выполнения (рис. 11). В условиях ограниченности материальных и людских ресурсов предлагается установить очередность действий персонала, связанного с содержанием пути: 1. Анализ - анализ процессов или явлений по результатам осмотров и промеров. Сравнение измеряемых параметров с нормативными. 2. Идентификация - определение дальнейшего состояния пути, выявление хода протекания процессов, определение вероятных значений анализируемых параметров пути. 1. Разработка предупредительных мер на основе анализа 2. Проектирование мер по повышению уровня путевой безопасности 3. Планирование мер по повышению уровня путевой безопасности 4. Материально техническое обеспечение 5. Выполнение мероприятий по повышению уровня путевой безопасности 6. Внутренний контроль, испытания, обследования и надзор 8. Техническое обеспечение выполнения работ Контроль управленческой деятельностью 7. Выполнение работ 3. Диагностирование - выявление причин выхода из строя элементов верхнего строения пути и пути в целом. 4. Наблюдение — сравнение значений показателей по контролю состояния верхнего строения пути, полученных в результате наблюдений в реальных условиях с нормативными. 5. Проектирование - создание технологии ремонта пути, организации управления процессом по содержанию пути. 6. Отладка - разработка мер по устранению причин, вызывающих расстройство пути. Выполнение последовательности предписанных действий. 7. Управление - управление процессом содержания пути. 8. Обучение - анализ, диагностирование и исправление поведения подчиненных в различных ситуациях (штатных и нештатных). Функции координации и соподчинения предполагают совместные действия элементов системы. На рис. 12 представлена последовательность проведения процедур по разработке, планированию, выполнению и контролю предупредительных мер по снижению уровня аварийности.
Реализация последовательности и цикличности процедур для принятия решения позволит обеспечить постоянное улучшение состояния путевой безопасности и повысить эффективность управления путевой безопасностью за счет принятия экономически обоснованных решений.
Функции субординации и соподчинения, предполагающие распределение между элементами координационных или субординационных отношений должны быть изложены в стандарте предприятия: «Управление путевой безопасностью» и должностных инструкциях технического персонала связанного с обеспечением путевой безопасности.
Определение зависимости количества нарушений путевой безопасности от внешних факторов
Для оценки влияния внешних факторов на состояние путевой безопасности изучим воздействие климатических условий и превышения фактических объемов грузоперевозок по сравнению с проектным в условиях Сибири и Кузметкомбината.
При сравнении квартальных и месячных данных нарушений путевой безопасности выявлены периодические колебания, возникающие под влиянием смены времен года. Они являются результатом влияния природно -климатических условий.
В широком понимании к сезонным относятся все явления, которые обнаруживают в своем развитии отчетливо выраженную закономерность внутригодовых изменений, т.е. более или менее устойчиво повторяющиеся из года в год колебания уровней.
В статистике периодические колебания, которые имеют определенный и постоянный период, равный годовому промежутку, носят название «сезонные колебания» или «сезонные волны», а динамический ряд в этом случае называют сезонным рядом динамики.
Сезонные колебания отрицательно влияют на результаты производственной деятельности. Поэтому при планировании мероприятий по повышению уровня путевой безопасности необходимо учитывать результаты исследования сезонных колебаний.
В статистике существует ряд методов изучения и измерения сезонных колебаний. Воспользуемся методом построения специальных показателей, которые называются индексами сезонности Js. Совокупность этих показателей отражает сезонную волну [8].
Для того, чтобы выявить устойчивую сезонную волну, на которой не отражались бы случайные условия одного года, индексы сезонности вычисляют по данным за несколько лет. Для расчета индекса сезонности воспользуемся статистическим рядом динамики нарушений путевой безопасности за период с 1982 по 2000 год по месяцам года (табл. 13).
Учитывая результаты анализа безопасности перевозок на Кузнецком металлургическом комбинате автором предложено использовать при анализе динамики нарушений путевой безопасности понятие: коэффициент учитывающий изменение объема грузоперевозок (для учета влияния фактора перегрузки путевой схемы и других технических средств в разные периоды времени) по отношении к проектному:
Математическая функция зависимости количества нарушений путевой безопасности от коэффициента, учитывающего изменение объема грузоперевозок по отношению к проектному может быть записана в следующем виде: « = 109.94 -63,23. (3.18)
Следовательно зависимость количества нарушений путевой безопасности от коэффициента, учитывающего изменение объема грузоперевозок по отношению к проектному имеет сильную прямую связь и при анализе необходимо учитывать влияние перегрузки путевой схемы.
Разработка организационных и технических предложений по повышению эффективности функционирования подсистемы параметров пути
При решении задач по реализации современной концепции путевой безопасности необходимо использовать понятия о допустимых и недопустимых параметров опасности: опасных ситуаций (предпосылок), опасных событий (факторов), приводящих к нарушениям путевой безопасности, устойчивости против возникновения опасных факторов.
На промышленных железных дорогах роль пути очень весома, так как транспорт является составляющим звеном технологических процессов.
Эксплуатационные наблюдения в процессе содержания и ведения путевого хозяйства, обсуждение этих вопросов при проведении научно - практических конференций со специалистами привели к выводу о том, что при проведении исследований по разработке нормативных документов необходимо учитывать экономический аспект- обеспечение минимальных затрат на содерлсание и ремонт пути.
Система нормативных документов представляет собой совокупность взаимосвязанных документов для применения на всех этапах жизнедеятельности сооружений транспорта (проектирование, строительство, содерлсание и ремонты) [58], [71]. Применительно к рассматриваемой проблеме это: - установление категорий линий, определяющее в основном нормативы проектирования плана и профиля трассы, состава и мощности других обустройств; - установление типов (классов) верхнего строения пути для заданных нагрузок и грузонапряженности с учетом технологических требований; - обоснование норм и допускаемых отклонений содержания рельсовой колеи для заданных эксплуатационных условий; - технико - экономическое обоснование системы содержания и ремонтов.
По этим направлениям необходимы дополнительные отдельные и глубокие исследования для учета экономического аспекта по минимуму эксплуатационных затрат.
При разработке и внедрении системы управления путевой безопасностью на основе анализа ситуации автором предложен ряд организационных и технических предложений, реализация которых позволит повысить эффективность функционирования пути.
Категории линий, определяющие основные параметры трассы и других обустройств, должны удовлетворять основным эксплуатационным условиям.
Одним из основных факторов в путевом хозяйстве является надежность конструкции верхнего строения пути, которая связана с усталостными процессами и предопределяет ресурс работы [68].
На промышленных железных дорогах основным фактором оценки прочности являются осевые (от 5 до 56 т) и погонные нагрузки (до 33 т/пог.м), а стабильности - грузонапряженность. Вторым важным моментом является существенное влияние технологических особенностей производства, условий эксплуатации, характеристик трассы. Исходя из этого, мощность верхнего строения пути должна устанавливаться в параметрах «нагрузки - грузонапряженность». При этом нагрузки являются основным фактором. Поэтому, применительно к конструкции верхнего строения пути промышленных железных дорог в СНиП должны быть учтены две основные характеристики: - уровень осевых и погонных нагрузок; - технологические и эксплуатационные условия.
Применительно к железнодорожным путям в металлургической промышленности грузонапряженность не определяет полностью весь спектр эксплуатационных условий. Немаловажное значение имеют такие факторы как осевые и погонные нагрузки, а также технологические требования производства. Последние особенности вызывают необходимость применения специальных конструкций пути по индивидуальным проектам и со специальными мерами по усилению подрельсового основания.
При разработке настоящих предложений в основу были взяты типы верхнего строения пути, рекомендуемые СНиП 2.05.07-91 «Промышленный транспорт». Практика эксплуатации и учет специфики промышленных железных дорог выявил необходимость дополнений.
Рельсы должны предопределять межремонтный цикл - период между капитальными ремонтами и соответствовать оптимальным затратам на содержание пути.
На отдельных участках условия эксплуатации и производственные требования вызывают необходимость внедрения специальных конструкций пути по условиям прочности и стабильности пути.
Данная классификация позволит более оптимально распределять материальные и трудовые ресурсы при строительстве и эксплуатации промышленных железных дорог.
Соответственно этим классам должна быть установлена не только мощность верхнего строения пути, но и дифференцированные нормы и допускаемые отклонения содержания пути, ремонтные циклы и ресурсы работы основных элементов верхнего строения пути.
Нормы и допускаемые отклонения в содержании рельсовой колеи устанавливаются из условий обеспечения путевой безопасности и обеспечения минимальных расходов на содержание и ремонт пути.
