Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Системный анализ опыта эксплуатации и проектирования специального подвижного состава в системе технического обслуживания железнодорожного пути 14
1.1.Основные тенденции развития механизации путевых работ 14
1.2. Анализ оснащенности путевой техникой отечественных железных дорог 17
1.3.Оценка потерь в работе путевых машин, объединенных в машинизированные комплексы при ремонтах и текущем содержании железнодорожного пути 27
1.4. Моделирование управления специальным подвижным составом хозяйства пути в системе технического обслуживания железнодорожного пути 41
1.5. Анализ зарубежного опыта создания и использования специального подвижного состава в системе технического обслуживания железнодорожного пути 46
1.5.1.Классификация и технологии путевых работ. Требования к специальному подвижному составу хозяйства пути 46
1.5.2. Методология проектирования специального подвижного состава основных мировых производителей путевой техники 52
Глава 2. Повышение информативности оценки состояния железнодорожного пути в системе его технического обслуживания 88
2.1. Информационное моделирование системы технического обслуживания железнодорожного пути 88
2.2. Разработка требований к технологии формирования автоматизированной базы данных о надежной работе железнодорожного пути 94
2.3. Разработка моделей прогнозирования возможного появления неисправностей рельсовой колеи 99
2.4.Обоснование моделей оценки качества содержания железнодорожного пути 113
2.5. Методы оценивания состояния пути железнодорожного пути характеристиками случайных процессов 117
2.6. Разработка технических требований по расширению контролируемых параметров рельсовой колеи и конструктивному исполнению устройств, обеспечивающих измерение этих параметров... 123
2.6.1. Требования по расширению параметров 123
2.6.2.Требования к устройствам измерения параметров железнодорожного пути 124
Глава 3. Система продления срока полезного использования специального подвижного состава хозяйства пути на основе управления их индивидуальным ресурсом 138
3.1. Разработка требований к системе продления ресурса СПС 138
3.2. Технология организации планово-предупредительных ремонтов, как основа технологии управления факторами, влияющими на оценку остаточного ресурса 143
3.3.Мод ели оценки параметров предельного состояния основных узлов и деталей путевых машин 147
3 . Прогнозирование остаточного ресурса СПС 155
3.5.Оценка вероятности развития предельных состояний 159
3.6. Методики диагностирования специального подвижного состава хозяйства пути 160
3.6.1 .Разработка требований к методикам диагностирования СПС. 160
3.6.2. Обоснование и систематизация критериев предельного состояния и видов повреждений основных узлов СПС 162
3.6.3. Разработка схем диагностики несущих элементов СПС в соответствии с критериями предельных состояний 175
3.6.4.Требования к методике испытаний на остаточный ресурс СПС 179
3.7. Анализ результатов обследования СПС на дорогах СНГ 188
3.7.1 .Анализ результатов диагностирования СПС , 188
3.7.2. Испытания СПС на остаточный ресурс 194
3.8.Разработка методик прогнозирования остаточного ресурса СПС 200
3.9. Технико-экономическое обоснование проведения модернизации специального подвижного состава хозяйства пути с целью продления срока их службы 207
Глава 4. Разработка нового поколения технических средств и на их основе технологий системы технического обслуживания железнодорожного пути 218
4.1.Основы композиционного проектирования при разработке комплекса технических средств технического обслуживания железнодорожного пути 218
4.2. Разработка модельного ряда хоппер-дозаторов нового поколения 225
4.2.1. Анализ недостатков хоппер-дозаторов моделей типа ЦНИИ ДВЗ 225
4.2.2. Разработка универсального хоппер-дозатора нового поколения 227
4.2.2.1 .Технические требования к новому хоппер-дозатору 227
4.2.2.2.Требования к конструкции разгрузочных механизмов 229
4.2.2.3. Конструктивное исполнение и прочностные расчеты 231
4.2.2.4. Испытания хоппер-дозатора ВГГМ 770 236
4.3 Разработка нового поколения средств технического обслуживания железнодорожного пути 255
4.3.1. Создание типовой платформы для оборудования и материалов при ремонтах и текущем содержании пути 255
4.3.2. Создание модельного ряда хоппер-дозаторов ВПМ 770 257
4.3.2.1 .Общие требования к модельному ряду 257
4.3.2.2.Модификация ВПМ 770 для операторских контор 257
4.3.2.3. Модификация хоппер-дозатора ВПМ 770 для текущего содержания пути 258
4.3.2.4. Модуль дозировочный навесной 260
4.3.2.5. Совершенствование конструкции ВПМ 770 и создание новых моделей хоппер-дозаторов 264
4.4.Разработка типажного ряда ручного гидравлического инструмента для текущего содержания пути на основе принципа модульного проектирования 269
4.5.Экспериментальная проверка работоспособности комплексной автоматизированной и машинизированной технологии текущего содержания пути с оценкой экономической эффективности 272
4.5.1. Совершенствование алгоритма определения подъемок и сдвижек пути при автоматизированной выправке и рихтовки пути 272
4.5.2. Результаты экспериментальной проверки комплексной технологии по текущему содержанию пути и оценка экономической эффективности хоппер-доатора ВПМ 770 277
4.6. Разработка требований к созданию путевой машины, обеспечивающей реализацию комплексной технологии для текущего содержания пути 279
Заключение 285
Использованная литература
- Моделирование управления специальным подвижным составом хозяйства пути в системе технического обслуживания железнодорожного пути
- Разработка моделей прогнозирования возможного появления неисправностей рельсовой колеи
- Обоснование и систематизация критериев предельного состояния и видов повреждений основных узлов СПС
- Анализ недостатков хоппер-дозаторов моделей типа ЦНИИ ДВЗ
Введение к работе
Актуальность работы. В условиях реформирования железнодорожного транспорта требуется создание новой, эффективной, ориентированной на рыночную экономику, системы технического обслуживания железнодорожного пути Поддержание пути в работоспособном состоянии — основная цель системы технического обслуживания железнодорожного пути, основанная на использовании комплекса технических, организационных, технологических средств Поэтому создание новых и модернизация существующих средств технического обслуживания железнодорожного пути является актуальной задачей Однако для эффективного функционирования системы технического обслуживания пути необходима информация о состоянии пути. Поэтому особую актуальность приобретает задача повышения информативности оценки состояния пути, в основе решения которой лежит задача прогнозирования появления неисправностей пути по показаниям вагона путеизмерителя и планирования управляющих воздействий на путь в виде комплекса путевых работ Техническим средством путевого хозяйства, направленным на формирование управляющих воздействий на путь, является комплекс специального подвижного состава, самоходных и несамоходных путевых машин, применяемых при текущем содержании и ремонтах железнодорожного пути, а также вагонов и других транспортных средств, используемых при доставке материалов верхнего строения пути к месту производства работ, очистке пути от снега и засорителей, удаление растительности и т п (в дальнейшем СПС) ОАО «РЖД» принадлежит большое количество СПС, нормативный срок эксплуатации которых истек, и по формальным причинам они должны быть списаны, что при одномоментном списывании всей номенклатуры СПС и ограниченных средствах на поставку новых, приведет к снижению объема ремонтов железнодорожного пути и в конечном итоге к снижению уровня безопасности на железных дорогах Ранее, на
уровне практического решения, задача продления ресурса СПС хозяйства пути не ставилась по ряду объективных и субъективных причин, поэтому весьма актуально создание системы продления ресурса СПС, которая должна состоять из правил и порядка организации работ по продлению срока полезного использования СПС, технологии проведения этих работ, методик диагностирования СПС с просроченным сроком службы, технических требований и проектно-кон-структорской документации на капитально-восстановительный ремонт с модернизацией СПС, и организации проведения этих работ на ремонтных предприятиях
Однако старая техника не позволяет коренным образом менять технологию ремонтов и текущего содержания пути Поэтому актуальна проблема создания новых технических средств, обеспечивающих изменение технологии путевых работ
Таким образом, актуальность темы обусловлена необходимостью формирования новой системы технического обслуживания железнодорожного пути в условиях реформирования отрасли, реализовать которую без проведения модернизации СПС, невозможно Поэтому в диссертации разработаны научные основы технологии продления срока полезного использования СПС с просроченным нормативным сроком службы, реализованные в создании системы продления срока полезного использования СПС хозяйства пути, методы и математические модели анализа показаний вагона путеизмерителя, направленные на повышение информативности оценки состояния железнодорожного пути в системе его технического обслуживания, разработаны и серийно внедрены технические средства нового поколения, обеспечивающие разработку новых высокоэффективных технологий путевых работ.
Диссертация посвящена решению актуальной научной проблемы по созданию нового поколения и модернизации с продлением ресурса эксплуатируемых технических средств, обеспечивающих создание новых технологий ремонта и текущего содержания пути и совершенствование системы технического обслуживания железнодорожного 4
пути В ее основе лежит решение крупных научно-технических задач по повышению информативности оценки состояния пути, разработке системы продления срока эксплуатации специального подвижного состава хозяйства пути, разработке и серийном внедрении технических средств, в том числе нового поколения хоппер-дозаторов, обеспечивающих создание принципиально новой технологии путевых работ
Цель работы. Целью работы является разработка методов, технологий и технических средств, в том числе модельного ряда нового поколения хоппер-дозаторов, обеспечивающих создание новых технологий путевых работ Разработка системы продления срока полезного использования эксплуатируемого на железных дорогах специального подвижного состава хозяйства пути, обеспечивающей возможность выполнения путевых работ в условиях ограничения инвестиций на закупку нового специализированного подвижного состава
Основные задачи исследования по достижению цели работы:
— разработка методов и моделей повышения информативности
оценки состояния пути по показаниям вагона путеизмерителя
в системе технического обслуживания железнодорожного пути,
—увеличение срока полезной эксплуатации специального подвижного состава, используемого при ремонтах и текущем содержании пути,
— создание нового поколения технических средств, в том числе
хоппер-дозаторов и на основе их применения обоснование и раз
работка требований к новым высокоэффективным технологи
ческим процессам ремонтов и текущего содержания пути
Методы исследования: теория случайных процессов, методы математической статистики, теория системного анализа сложных объектов и ее применение при анализе создания и эксплуатации путевой техники, теория надежности машин и ее применение для оцен-
ки остаточного ресурса путевой техники, системного анализа сложных технических систем
Наиболее существенные научные результаты, полученные лично соискателем Разработаны
методы и модели, обеспечивающие повышение информативности оценки состояния пути в системе технического обслуживания железнодорожного пути,
система, обеспечивающая увеличение срока полезной эксплуатации специального подвижного состава хозяйства пути, включающая в себя разработку методов, моделей, методик технического диагностирования специального подвижного состава хозяйства пути, а также технических требований к его ремонту и модернизации,
модельный ряд нового поколения средств технического обслуживания железнодорожного пути, включая хоппер-дозаторы с новым функциональным назначением,
новые, в том числе автоматизированные и механизированные технологии путевых работ в системе технического обслуживания железнодорожного пути
Достоверность и обоснованность полученных в диссертационной работе выводов подтверждается
— практикой внедрения ее результатов в систему технического
обслуживания железнодорожного пути и путевыми работами,
проводимыми по разработанным технологическим процессам
с применением серийно поставляемых на дороги сети разра
ботанных технических средств нового поколения в том числе
хоппер-дозаторов модели ВПМ-770,
— результатами проведенного обследования специального под
вижного состава хозяйства пути и его эксплуатации в системе
технического обслуживания железнодорожного пути после про
ведения работ по продлению срока их полезного использова
ния,
Научная новизна заключается в разработке
методов и математических моделей, обеспечивающих повышение информативности оценки состояния железнодорожного пути в системе его технического обслуживания, включая создание новых устройств определения дополнительных параметров, характеризующих состояние пути и защищенных авторскими свидетельствами на изобретение (№ 1550022, №1624083, №1791238, № 1801844, №1786220),
системы продления срока полезного использования специального подвижного состава хозяйства пути, включая разработку методик их технического диагностирования и математические модели по оценке остаточного ресурса средств технического обслуживания пути;
-— модельного ряда нового поколения хоппер-дозаторов и других технических средств хозяйства пути, защищенных патентами на изобретение (RU № 2010076, № 2112826, № 2171755, № 2180888, № 2192362, № 2205763, № 2221718, № 2221719, № 2291076, № 2293674 и другие патенты, в том числе свидетельства на полезную модель)
Практическая ценность работы заключается
1 В разработке.
правил и порядка продления срока службы специального подвижного состава, используемого в хозяйстве пути (Указания МПС от 10 07 1997г № Б833 у, от 12 02 1998 г № С-144у, от 31 03 1999г №С385у,от 15 10 1999№Л2332у),
методик технического диагностирования специального подвижного состава хозяйства пути с просроченным нормативным сроком службы с целью продления срока службы, утвержденных МПС РФ и ОАО «РЖД» хоппер-дозаторов, думпкаров, платформ, используемых в специальных составах для засорителей, снегоуборочной и снегоочистительной техники, автомотрис АС1А2, дрезины ДГКу,
конструкторско-технологической документации, утвержденной
МПС РФ и ОАО «РЖД» на
капитально- восстановительный (капитальный с продлением срока полезной эксплуатации) ремонт СПС, а именно хоппер-дозаторов, платформ и думпкаров, применяемых в хозяйстве пути, поезда снегоуборочного СМ 2, дрезины ДГК, оборудования для перевозки звеньев рельсошпальной решетки, машины выправочно-подбивочно-рихтовочной ВПР-02,
модернизацию хоппер-дозаторов моделей типа ЦНИИ ДВЗ и 55-76 (проекты 740 00 000 и 750 00 000 МХД),
новое поколение хоппер-дозаторов ВПМ-770 (проект 770 00 000) и его модификаций (исполнений) ВПМ-770 Т, ВПМ-770 М
универсальную платформу для материалов и оборудования при производстве путевых работ ПМ-820 (проект 820.00 000),
модуль дозировочный навесной МДН-810 (проект 810 00 000),
технологические процессы ремонтов и текущего содержа
ния железнодорожного пути с использованием модернизи
рованных и разработанных технических средств
2 В серийном внедрении
капитально-восстановительного ремонта с модернизацией специального подвижного состава на предприятиях МПС РФ и ОАО «РЖД»,
нового поколения хоппер-дозаторов ВПМ-770 с модификациями,
платформы для перевозки материалов и оборудования при ремонте железнодорожного пути ПМ-820
Апробация работы. Ежегодно с 2001 г опытные образцы, изготовленные по результатам исследований, демонстрируются на Международной выставке «Путевые машины» в г Калуге, при этом на секциях выставки проводятся выступления и обсуждение разработанных и представленных образцов Получены Диплом 1-й степени 8
за лучший экспонаг международной выставки «Путевые машины» 2002 г за образец Хоппер-дозатор ВПМ-770, Диплом 2-й степени за лучший экспонат международной выставки «Путевые машины» 2002 г за модернизацию хоппер-дозатора ЦНИИ-ДВЗ Проведены доклады на научно-технической конференции ОАО «РЖД» «Перспективы технического развития путевого комплекса ОАО «РЖД» в условиях реформирования» 15-16 марта 2007 г в ЦДКЖ, на сетевой школе передового опыта «Организация эксплуатации, технического обслуживания и ремонта путевых машин Их эффективное использование» 28 07 2007 г, в г Новосибирске. Ежегодно с 2000 г результаты работы докладываются на технических совещаниях заводов ОАО «Калугаремпутьмаш» и на заводе ОАО «ТРАНСМАШ» Результаты работы также обсуждались на научно-технических совещаниях во ВНИИЖТе
Реализация работы. По разработанным методикам проводится диагностирование специального подвижного состава хозяйства пути, продлевается срок их полезного использования Серийно внедрены проекты на капитально-восстановительный ремонт специального подвижного состава и их модернизацию Сертифицированы и серийно производятся хоппер-дозаторы модели ВПМ-770 и его модификации Сертифицированы и серийно производятся платформы ПМ-820, используемые в различных ремонтных комплексах Разработаны и утверждены технологические процессы ремонтов железнодорожного пути, в том числе с использованием опытных образцов МДН-810
Моделирование управления специальным подвижным составом хозяйства пути в системе технического обслуживания железнодорожного пути
При этом для отдельных машин в расчетах принят увеличенный срок их полезного использования (приближенный к фактическому сроку их службы): путеукладочный кран УК-25/9-18 - 18 лет; моторная платформа МПД, МПД-2 - 18 лет; выправочно-подбивочно-отделочная машина ВПО-3000 - 18 лет; электробалластер типа ЭЛБ - 25 лет; путевой моторный гайковерт ПМГ - 18 лет; струг-снегочиститель - 25 лет; машина для нарезки кюветов СЗП-600 и др. - 15 лет; щебнеочистительные машины для глубокой очистки балласта на пути и стрелочных переводах - 15 лет; снегоочиститель СДПМ - 25 лет; поезд снегоуборочный СМ - 20 лет.
Из таблицы 1.3. видно, что средняя прогнозируемая оснащенность сети железных дорог на 2010 год путевыми машинами составит 26,1 %, а моторно-рельсовым транспортом - 44,9 % от оснащенности 2004 года. По некоторым типам машин оснащенность с учетом списания машин составит менее 5 % - это УК 25/9-18, МПД-2, ВПО-3000, ВПР-02, ВПРС-02. Даже по новым типам машин значительная их доля к 2010 году потребует списания. Парк пассажирских и грузовых вагонов, эксплуатирующихся в путевом хозяйстве находится в более худшем состоянии по просроченным нормативным срокам службы. Действительно, в таблице 1.4. и таблице 1.5. приведены данные о наличие на сети хоппер-дозаторов и вагонов думпкар соответственно.
Парк хоппер-дозаторов по годам постройки прогноз их списания года постройки 1956-1960 1961-1965 1966-1970 1971-1975 1976-1980 1981-1985 1986-1990 1991-1995 1996-2000 2001-2005 2006-2010 итого % от общего числа всего хопров 105 792 1734 2127 2121 1603 1922 2455 228 1317 620 15031 100% годаплановогосписания эксплуатация запрещена 1991-1995 1996-2000 2001-2005 2006-2010 гонгов 2016-2020 2021-2025 всего хопров 105 792 1734 2127 2121 1603 1922 2455 228 годавозможногопродления продлениюне подлежатсм.Положениеопродлениисрокаслужбыгрузовыхвагонов 2003-2008 2009-2013 2014-2018 2019-2023 более 2025Г. всего хопров на 2011г. 1922 2455 228 1317 620 6542 43,50% с учетом продления 2121 1603 1922 2455 228 1317 620 10266 68,30% всегохопперов к списанию на 2007 г. 105 792 1734 2127 2121 1693 8482 56,40% потребность в продлении на 2007-08г.г. 1734 2127 2121 1693 7675 51% Таблица 1.5. Парк думпкаров и прогноз их списания года постройки 1956-1960 1961-1965 1966-1970 1971-1975 1976-1980 1981-1985 1986-1990 1991-1995 1996-2000 2001-2005 2006-2010 итого % от общего числа всего думпкаров 0 0 3 29 253 617 2937 303 0 85 4227 100% год планового списания 1988-1992 1993-1997 1994-2002 2003-2007 2008-2012 2013-2017 всего думпкаров 3 29 253 617 2937 303 года возможного продления продлениюнеподлежат 2009-2013 гонгов 2015-2023 всего думпкаров на 2013 год 303 0 65 368 8,70% всего думпкаров с учетом продления 253 617 2937 303 0 65 4175 98,80% всего думпкаров к списанию в 2007 году 3 29 253 617 902 21,33% потребность в продлении на 2007-08г.г. 253 617 870 20,60%
Таким образом, проведенный выше анализ показывает, что большинство путевых машин и специализированного подвижного состава, используемые при производстве путевых работ выработали свой нормативный срок службы, назначенный при проектировании и изготовлении этих машин как календарная продолжительность безопасной эксплуатации машины. Как правило, нормативный срок службы машины совпадает с назначенным при проектировании ресурсом машины [15].
Очевидно, и это подтверждается анализом эксплуатации специализированного подвижного состава хозяйства пути, что в путевом хозяйстве с учетом специфики работы, машины могут простаивать годами, не вырабатывая свой фактический ресурс, а календарная продолжительность срока службы СПС близка к предельному. Это означает, что фактический ресурс СПС больше чем ресурс назначенный, т.е. СПС имеют остаточный ресурс. Эксплуатация машин со сверхнормативным сроком службы при наличии у них остаточного ресурса без соответствующей модернизации и проведения комплекса работ по продлению срока полезного использования машины неэффективна и небезопасна по причине того, что величина этого остаточного ресурса неизвестна, а следовательно, предельное состояние машины может наступить в любой момент времени.
Понятие предельного состояния СПС, соответствующее исчерпанию ресурса вообще говоря имеет неоднозначное значение, в одних случаях это моральный износ, в других чрезмерное снижение эффективности, которое делает эксплуатацию экономически нецелесообразной, в третьих случаях снижение показателей безопасности эксплуатации СПС ниже ее предельного уровня. На качество ремонтов пути влияет любой из перечисленных показателей, но традиционно понятие предельного состояния машины рассматривают как снижение показателей безопасности при эксплуатации путевой машины, вызванное ее отказами в работе.
Для путевой техники предельное состояние выражается в отказах, которые вызваны следующими причинами: резкие нерасчетные перегрузки; постепенное накопление в узлах и деталях путевой машины рассеянных повреждений, приводящих к зарождению и развитию макроскопических трещин (часто зародыши и очаги таких трещин вызваны нарушением технологических процессов при изготовлении путевых машин, а не особенностями ее эксплуатации); чрезмерный износ трущихся деталей и поверхностей, находящихся в контакте с рабочей или окружающей средой; природные воздействия; неподдающиеся контролю грубые ошибки при эксплуатации.
Разработка моделей прогнозирования возможного появления неисправностей рельсовой колеи
Балластораспределительная машина Stoneblower, используется только в Великобритании. При помощи струи сжатого воздуха машина нагнетает балласт непосредственно под шпалы, что гарантирует точность положения пути в пределах 1 мм. Кроме того, инжектирование балласта не нарушает целостность ранее уложенных участков балластной призмы, подбалластного слоя и позволяет увеличить интервалы между очередными ремонтами верхнего строения пути.
Компания Georgetown Rail Equipment (GREX) продолжает поставки самоходных платформ типа SPS для контроля за состоянием дренажных систем и устройства водоотводных кюветов. На сцепе из таких транспортных средств можно перевозить до 400 т, или около 270 м грунта. Этот комплекс наиболее эффективен при выполнении больших объемов работ по обустройству водоотвода при наличии каменистых включений, оползневых материалов, плотных или глубоких осадочных пород в грунте, а также его одернованности или зарослей кустарника.
Применяемые компанией технологии являются одними из лучших в этой сфере деятельности благодаря сочетанию эффективных методов удаления материала, устойчиво высокой рабочей скорости и производительности. GREX выполняла дренажные работы для железнодорожных компаний Union Pacific (UP), Burlington Northern and Santa Fe (BNSF), CSX Transportation (CSXT), Amtrak, Alaska Railroad, New Jersey Transit (NJT), Long Island Rail Road (LIRR), Kansas City Southern (KCS) a также для многих других крупных и малых железных дорог США, Канады, Мексики и Австралии. Для Amtrak GREX выполняла комплекс работ под контактной сетью в ночное время. При этом для устройства кюветов и сбора шпал использовались три самоходные платформы. На аварийном участке UP в штате Оклахома в объем работ входила выборка грунта на глубину до 0,6 м. Большинство работ, связанных с устройством и содержанием дренажных систем, представляет большие трудности для эксплуатационников. Предлагаемые GREX многоцелевые средства механизации коренным образом преображают практику ремонта водоотводных устройств на железных дорогах.
Машины компании Hytracker Manufacturing используются для выполнения обычных работ по обустройству кюветов на железных дорогах Canadian Pacific (CPR), Canadian National/Illinois Central (CN/IC), UP и ряде других. Два комплекта оборудования подобного назначения изготовлено также для железной дороги Alaska Railroad.
Совместно с CN/IC компания создала машину для локальной подрезки балласта, которая работает в комплекте с экскаватором и приводится в движение от его силовой установки. В одном из случаев с использованием этого оборудования грязевой выплеск на протяжении 50 шпал с вырезкой загрязненного материала на глубину 20 см, пополнением и уплотнением балласта ликвидирован за 4 ч. На устранение чаще встречающихся выплесков на длине 10 шпал нередко требуется всего 2,5 ч.
Усилившееся внимание к регулированию водных потоков требует удаления загрязнителей из кюветов в специально отведенные места. Учитывая это, многие подрядные организации и поставщики разрабатывают для этих целей специальное оборудование. Hytracker создала облегченный полувагон длиной 22,85 м, используемый совместно с кюветокопателем. Такие полувагоны используются также для доставки и распределения нового балласта при локальном его пополнении в случае вырезки негодного.
Кроме разработки усовершенствованного оборудования в соответствии с новыми правилами, компании-изготовители работают над повышением уровня его универсализации. В прошлом большинство кюветокопателеи и дренажных машин было предназначено для выполнения только одной функции. В настоящее время пользователи отдают предпочтение многофункциональным машинам, предназначенным не только для обустройства дренажных систем, но и для выполнения других работ по улучшению общего состояния верхнего строения и основания пути. Уже есть машины, оснащенные рабочими органами для стрижки кустарника, укладки и точечной подбивки шпал, землеройных работ и других операций.
Компания TerraElast выпускает материалы, повышающие связность балласта. Так, материал CANASOIL связывает балласт на глубину до 30 см, допуская при этом пропуск воды, но, препятствуя проникновению мелких частиц загрязнителей в балласт и их накоплению в нижней зоне балластного слоя, которое может привести к ухудшению его дренажных свойств. Этот материал способствует стабилизации балластного слоя и решает большинство проблем водоотвода, с которыми сталкиваются железные дороги. CANASOIL, в частности, используется на железных дорогах Германии, Франции, Канады и ряда стран Азии; принимаются меры по расширению присутствия компании в других секторах рынка Северной Америки.
Компания Vermeer Manufacturing длительное время занимается исследованиями в области повышения эффективности рабочих органов землеройных машин для разработки грунта в самых разных условиях. Кюветокопатели и распределители балласта все еще нуждаются в повышении уровня комфорта для операторов, улучшении мощностных и массогабаритных характеристик.
В ряде случаев, где в прошлом применяли кюветокопатели, а также в местах с высоким уровнем экологических требований (в зоне действующих автомобильных дорог, на переходах через реки и т. д.) эффективнее использовать горизонтально направленную проходку отверстий в грунте с использованием, например, выпускаемых компанией машин семейства Navigator. Это позволяет отказаться от проходки глубоких траншей и последующего восстановления поверхностного слоя.
Обоснование и систематизация критериев предельного состояния и видов повреждений основных узлов СПС
Принимаем правило, что объект нашего исследования работоспособен в этом диапазоне. Для каждой группы деталей и узлов определим qjH, q2H ,q3H и Т ін , Т 2н , Т зн Несмотря на то, периодичность ремонтов путевой техники с точки зрения теории случайных процессов величина постоянная, межремонтный ресурс путевой техники тем не менее величина случайная, поскольку разброс показателей долговечности СПС определяется двумя факторами: разбросом показателей долговечности отдельных ее узлов и разбросом показателей долговечности одного и того же узла, но установленного на разных типах СПС. Причем эта случайная величина должна быть согласована с заданной периодичностью ремонтов СПС. Предельное состояние путевой техники достигается при накоплении механических повреждений (усталость, пластические деформации, износ, трещины и т.п.) и физико-химические повреждения (в основном коррозия).
Однако мера повреждений деталей путевых машин не определена в виде четкого физического истолкования, обычно используют при классификации повреждений только два состояния: неповрежденное состояние и поврежденное состояние, которое в частном случае соответствует полному исчерпанию ресурса. Поэтому при прогнозировании ресурса путевой техники использовать полуэмпирические и структурные модели накопления повреждений затруднительно. Для решения поставленной задачи-определения остаточного ресурса Т0 путевой техники, обычно используют методологию вероятностного прогнозирования, которую рассмотрим в последующих параграфах главы.
Очевидно, что фактические условия эксплуатации не удовлетворяют принятому допущению, поэтому использовать результаты этого прогноза для принятия решения о возможности продления срока полезного использования путевой техники можно с осторожностью. Поэтому необходимо разработать методики диагностирования специального подвижного состава
Общие требования к разработке методик технического диагностирования основаны на технологии продления срока полезного использования СПС, изложенных выше. Они заключаются в следующем. На первом этапе изучается интенсивность эксплуатации обследуемого СПС с целью прогнозирования интенсивности работы СПС. К параметрам, характеризующим показатель интенсивности работы СПС, относятся: для вагонов пробег, масса перевозимого груза, возможность перегруза, коэффициент порожнего пробега, возможность роспуска с сортировочных горок, вид груза и его коррозионные или абразивные свойства, а для путевых машин, фактическая продолжительность работы при ремонтах пути, объем выработки, выполнение сроков плановых ремонтов машины, простои и условия и сроки транспортировки к месту производства работ.
После анализа интенсивности работы СПС, на втором этапе выполняется органолептическии контроль основных несущих элементов СПС. В задачу контроля входит визуальное и метрологическое выявление отклонений геометрических размеров конструкций обследуемого вагона от проектных, выявление трещин, деформаций, других дефектов, а также определение зон углубленного исследования материала и сварных соединений (при необходимости). На третьем этапе проводится толщинометрия основных несущих элементов конструкции вагона. Для этого используются измерительные приборы и инструмент с целью выявления зон и степени утонения элементов металлоконструкций, которые могут возникать вследствие деформаций, коррозионного или абразивного воздействия внешней среды, грузов или сопрягающихся элементов. На четвертом этапе проводятся уточняющие испытания на остаточный ресурс.
Методика, разрабатывается для каждого типа СПС, поскольку индивидуальные особенности конструкции определяют необходимость выявления характерных повреждений деталей и узлы диагностируемого СПС в эксплуатации, обработки полученных данных, определения количественных показателей надежности. В методике устанавливаются критерии отказов и предельного состояния, виды повреждений и отказов, которые подлежат выявлению при обследовании технического состояния основных элементов СПС. Информация о техническом состоянии СПС определяется согласно разработанной схеме расположения и характера предполагаемых повреждений. При составлении методики определяется перечень основных узлов и деталей, подлежащих диагностированию (рамы, фермы, ходовых тележек, грузоподъемных механизмов), виды и способы заполнения дефектных ведомостей и карт осмотра, перечень необходимого диагностического оборудования, а также объем выборки для предварительных испытаний отдельных вагонов на остаточный ресурс и т.п. Одним из основных процессов, возникающих при обеспечении эффективности и качества ремонтов и текущего содержания пути, является достижение СПС во время ее эксплуатации предельного состояния. Поэтому прежде необходимо обоснование критериев предельного состояния основных узлов СПС.
Анализ эксплуатации СПС хозяйства пути [37], в том числе и проведенный выше показал, что наиболее часто встречающимися дефектами являются образование трещин, вызванные усталостью металла и коррозия. Причем этот процесс носит смешанный характер. Наиболее ответственным элементом является рама СПС. Анализ эксплуатации основной номенклатуры СПС, условий интенсивности работы и нагружения базовых элементов в процессе работы позволил определить характеристики прочности и ресурса и предельных состояний СПС и местоположение точек на основных несущих элементах, в основном на раме, в которых наиболее вероятно появление и развитие трещин. Действительно, на рис. 3.4. приведен общий вид рамы автомотрисы, для которой в результате исследования нагруженности рамы в условиях эксплуатации автомотрисы разработаны критерии предельного состояния и систематизированы в табличной форме (табл. 3.2).
Аналогичным образом проанализированы конструкции других СПС (хоппер-дозаторов, думпкаров, платформ, используемых в составах для засорителей, дрезин ДГКу, снегоуборочной техники) для которых также разработаны критерии предельного состояния, в частности в таблице 3.3 приведены характеристики предельных состояний рамы ДГКу, а в таблице 3.4. характеристики предельных состояний основных узлов снегоуборочной техники.
В путевом хозяйстве используются вагоны пассажирского типа, в частности вагоны-путеизмерители, дефектоскопы, вагоны сопровождения, так называемые, турные вагоны. На основе анализа их эксплуатации и опыта испытаний аналогичных по конструкции вагонов, предлагается для этих вагонов классификация критериев предельного состояния, приведенная в таблице 3.5.
Анализ недостатков хоппер-дозаторов моделей типа ЦНИИ ДВЗ
В основе организации технического обслуживания железнодорожного пути лежат работы по текущему содержанию пути, одним из основных видов этих работ является выправка и подъемка пути. Критериями назначения выправки пути служат отклонения от норм по данным путеизмерительного вагона (по уровню, отводам возвышения наружных нитей в местах сопряжения прямых с кривыми, местным просадкам), а также по результатам визуального осмотра.
В соответствии с техническими условиями на работы по ремонту и планово-предупредительной выправке пути [243, 254] планирование работ по техническому обслуживанию железнодорожного пути должно осуществляться, исходя из фактического состояния пути по критериям назначения того или иного вида ремонта. Фактическое состояние пути определяется по результатам комиссионных осмотров и проверок диагностическими средствами параметров устройства и содержания пути, а также на основе паспортных данных о классе, конструкции верхнего строения, плане и профиле пути, наработанном тоннаже и т.п. При этом, при планировании усиленного капитального или капитального ремонта пути учитываются прогнозируемые изменения размеров и скоростей движения поездов на предстоящие 5 лет, которые могут привести к изменению класса пути. В основе локальных неисправностей лежат отступления от геометрии рельсовой колеи, которые связаны с нарушениями в конструкции железнодорожного пути, а именно дефектами земляного полотна, балластной призмы и материалов верхнего строения пути; а также нарушениями технологии содержания пути. При этом расстройства геометрии рельсовой колеи могут являться как причиной возникновения локальных неисправностей, так и следствием их появления. Объемы и состав работ по техническому обслуживанию пути определяются типом и конструкцией верхнего строения пути. В основном работы по локальному устранению неисправностей пути, в общем виде следующие: ремонт или замена негодных шпал; ремонт или замена негодных скреплений; замена загрязненного балласта (на выплесках, в стыках и т.д.); правка рельсов в стыках; выборочная выправка или выправка на месте устранения дефектов ВСП. Более подробно эти работы состоят из следующих операций: выправка пути, перешивка ширины колеи, смена скреплений, добивка костылей, подтягивание закладных и клеммных болтов, вырезка балласта, досыпка балласта, одиночная смена шпал, брусьев, планировка балластной призмы, стабилизация балластной призмы.
На текущем содержании пути работы по устранению отдельных отступлений выполняются, как правило, вручную. При этом, по мере увеличения мощности пути технология устранения расстройств пути оставалась неизменной, вплоть до появления машин, применение которых на ремонтах пути повысило уровень механизации до 65-80%, а на текущем содержании - 10-20%, в зависимости от вида выполняемых работ.
Таким образом, основным недостатком существующей системы содержания и ремонтов пути является почти полное отсутствие специализированных работ, выполняемых на локальных участках с применением машин.
Анализ зарубежного опыта, проведенный в главе 1 показал, что тенденция к машинизации текущего содержания пути правильная однако машин, обеспечивающих выполнение работ по устранению локальных расстройств рельсовой колеи нет или их очень мало. Для устранения отступлений, связанных с выходом из строя элементов верхнего строения пути, необходимо машинизировать следующие операции: вырезку загрязненного балласта в нескольких гдпальных ящиках (например, в зоне стыка);замену отдельных узлов промежуточных скреплений на железобетонных шпалах; замену отдельных шпал; устранение отдельных отступлений в плане и профиле, как в пути, так и на стрелочных переводах; балластировку локальных участков; стабилизацию локально выправленных участков.
Анализ состава и объемов работ в рамках текущего содержания пути, более подробно освещенный в работе [111], выявил следующие соотношения: содержание рельсовой колеи (выправка пути) - 60%;одиночная смена дефектных рельсов и изношенных скреплений, элементов изолирующих стыков, рельсовых соединителей, очистка, смазка и подтягивание стыковых болтов - 5-10%;содержание балластной призмы в местах замены шпал, переводных брусьев 1-5%;содержание шпал и брусьев -10%;содержание станционных путей и стрелочных переводов -10%;содержание переездов, путевых и сигнальных знаков и т.д.-1-5%;снегоборьба и прочие - до 15%.
Таким образом, основным видом работ при текущем содержании пути является содержание рельсовой колеи. Технология работ по техническому обслуживанию пути (текущем содержании пути) в этом случае должна заключаться в следующем: диагностика (получение данных о состоянии рельсовой колеи), выполнение работ по устранению локальной неисправности (как правило, эти неисправности связаны с устранением выплесков пути), подсыпка балласта в места вырезки, выправка и подбивка пути.
При планово-предупредительной выправке пути (В) последовательность технологических операций следующая разбивка и закрепление проектного положения пути после ремонта; очистка рельсов и скреплений от грязи; удаление загрязненного балласта под подошвами рельсов и уборка засорителей с поверхности балластной призмы; смазка и закрепление клеммных, закладных и стыковых болтов; замена дефектных скреплений и шпал; выправка и шлифовка рельсовых и сварных стыков; снятие пучинных карточек при деревянных шпалах и регулировочных прокладок при железобетонных шпалах, регулировка зазоров, перешивка пути; сплошная выправка пути с подъемкой рельсо - шпальной решетки на величину не более 2 см машинным способом по методу фиксированных точек или компьютерным программам, обеспечивающих постановку пути в проектное положение; очистка водоотводов, уборка лишнего балласта и засорителей с обочины и у опор контактной сети, отделка балластной призмы, планировка междупутья и обочины, ремонт переезда; проверка соответствия положения пути проектному; шлифовка рельсов; на базе комплектования выгрузка, сортировка и складирование снятых материалов верхнего строения пути.
Предлагаемый принцип композиционного проектирования средств технического обслуживания железнодорожного пути предусматривает совмещение технологии технического обслуживания пути с разработкой технических требований к машинам и механизмам, обеспечивающим реализацию этих технологий и их проектированием и доводкой по результатам их эксплуатации. Машинизированное устранение местных дефектов пути имеет следующие преимущества: автоматическое обнаружение дефектов с высокой точностью; определение объема работ с учетом местных условий; обеспечение равномерного качества и стабильности пути; выполнение работ в короткие сроки и с минимальным участием персонала; регистрация неисправностей, документирование фактов их устранения и контроль качества выполненных работ.
