Содержание к диссертации
Введение
Раздел i
Основные принципы ведения путевого хозяйсва 11
Глава 1. Исходные положения 11
1.1. Развитие системы ведения путевого хозяйства отечественных железных дорог 11
1.2. Основные принципы построения системы ведения путевого хозяйства 25
Глава 2. Классификация железнодорожного пути 29
2.1. Зарубежный опыт 29
2.2. Обоснования классификации пути для условий работы отечественных железных дорог 34
Выводы по Разделу I 42
Раздел II
Совершенствование системы ведения путевого хозяйства 43
Глава 1. Оценка возможности ведения работ текущего содержания пути в межпоездные интервалы 44
Глава 2. Первый этап организации машинизированного текущего содержания пути 52
2.1.Условия применения 53
2.2. Обеспечение стабильности пути 54
2. 3. Состав и объемы работ .. 56
2.4. Периодичность работ 59
2.5. Планирование работ 60
2.6. Особенности организации и технологии планово-предупредительных работ, выполняемых машинизированным способом 67
Глава 3. Обоснование необходимости перехода на новую систему ведения путевого хозяйства 71
3.1. Предпосылки перехода на новую систему 71
3.2. Сравнительный анализ ведения путевого хозяйства железных дорог России и США 75
3.2.1. Условия развития и структура перевозок 75
3.2.2. Структура железных дорог США 76
3.2.3. Условия эксплуатации пути 78
3.2.4. Параметры воздействия на путь 80
3.2.5. Нормы устройства и конструкция пути 82
3.2.6. Нормы содержания и диагностика пути 86
3.2.7. Ремонт пути и механизация работ 89
3.2.8. Организационная структура и текущее содержание пути 92
3.2.9. Распределение расходов 94
3.3. Оценка эффективности ведения путевого хозяйства в России и США и выбор направлений его совершенствования 95
Глава 4. Разработка системы ведения путевого хозяйства на основе ресурсосберегающих технологий 98
4.1 Общие сведения 98
4.2. Принципиальные основы положения о ведении путевого хозяйства... 99
4.3. Второй этап совершенствования системы текущего содержания пути 106
4.4.Направления реализации и ожидаемая эффективность 101
4.5. Концепция реорганизации структуры управления путевым хозяйством 141
4.5.1. Анализ ситуации 114
4.5.2. Реорганизация путевого комплекса 119
Выводы по разделу II 126
Раздел III
Мониторинг пути 127
Глава 1. Основные задачи мониторинга пути 127
Глава 2. Причины выхода рельсов по боковому износу направления его снижения 130
Глава 3. Определение рационального возвышения наружного рельса кривых 153
3.1. Анализ отечественного и зарубежного опыта 153
3.1.1. Отечественный опыт оптимизации возвышения 153
3.1.2. Зарубежный опыт определения возвышения 158
3.1.3. Отечественная и зарубежная практика определения представительной скорости поездопотока 162
3.2. Скорости поездопотока, вытекающие из модели установки возвышения 165
3.3. Нормативы поперечных непогашенных ускорений 167
3.4. Статистический способ определения расчетных скоростей для установки возвышения 172
3.5. Аналитический способ расчета возвышения 178
3.6. Возвышение на участках пассажирского и пригородного движения . 180
3.7. Прогнозирование расчетных скоростей на участках предполагаемого изменения режимов движения поездов 181
3.8. Повышение плавности движения при входе в кривые 183
3.9. Выводы 184
Глава 4. Оценка и прогнозирование геометрических параметров пути 187
4.1. Исторический обзор 187
4.2. Концепция развития путеизмерительных средств и технологии их применения 188
4.3. Оценка геометрических параметров рельсовой колеи 195
4.4. Оценка геометрических параметров пути методами математической статистики 198
4.4.1. Обзор существующих методов 198
4.4.2. Общая оценка стабильности пути и результатов выполнения работ 199
4.4.3. Оценка отдельных геометрических параметров пути 202
Глава 5. Периодичность неразрушающего контроля рельсов 212
5.1. Нагруженность пути и отказы рельсов ' 212
5.2. Исследования в области периодичности контроля рельсов 215
5.3. Цикл контроля рельсов 221
5.4. Вероятностные закономерности периодичности контроля рельсов 222
5.5. Расчетная периодичность контроля рельсов 231
5.6. Оценка эффективности проводимых проверок 239
5.7. Выводы 245
Глава 6. Оценка живучести остродефектных рельсов 246
6.1. Опыт США 246
6.2. Продолжительность развития дефекта до опасных размеров 247
6.3. Вероятность излома рельса по дефекту опасной величины 248
6.4. Сроки замены остродефектных рельсов 253
Глава 7. Применение методов комбинаторики в системе мониторинга состояния деревянных шпал 256
Выводы по разделу III 264
Раздел IV
Перспективы системы ведения путевого хозяйства 266
Глава 1. Оценка эффективности новой системы ведения путевого хозяйства 266
Глава 2. Направления развития системы ведения путевого хозяйства в условиях перспективного роста перевозок
2.1. Уровень перспективного воздействия на путь 274
2.2. Оценка возможности ведения работ в условиях реализации перспективного объема перевозок 279
2.3. Система ведения путевого хозяйства в новых эксплуатационных условиях 291
Выводы по разделу IV 298
Заключение 299
Использованная литература
- Основные принципы построения системы ведения путевого хозяйства
- Оценка возможности ведения работ текущего содержания пути в межпоездные интервалы
- Условия развития и структура перевозок
- Второй этап совершенствования системы текущего содержания пути
Введение к работе
За последние 20 лет условия работы отечественного железнодорожного транспорта резко менялись в связи с модернизацией экономики страны. В 1988 году были достигнуты наивысшие в мировой практике уровень перевозок и интенсивность использования пути. Для пропуска возросших вагонопотоков в условиях ограниченных пропускных способностей потребовалось повышение до 26 тс нагрузок на ось, которые действовали в течение пяти лет. В период с 1989 по 1998 год объемы перевозок ежегодно снижались и основной проблемой являлось сокращение их себестоимости для поддержания конкурентоспособности железных дорог. С 1999 года грузооборот растет и ключевой задачей становится создание условий для его освоения. Решение этих проблем было невозможно без разработки научно-обоснованных направлений совершенствования путевой инфраструктуры и повышения эффективности системы ведения путевого хозяйства.
Железнодорожный транспорт Российской Федерации имеет исключительно важное значение для экономики и реализации социально значимых услуг по перевозке пассажиров. На его долю приходится 84 % грузооборота и 46 % пассажирооборота транспорта общего пользования. По протяженности железные дороги России занимают второе место в мире после США. От успешного функционирования железнодорожного пути зависит эффективность работы других средств транспортного конвейера. На путевое хозяйство приходится более 50 % основных фондов железных дорог и около 28 % эксплуатационных расходов, что существенно влияет на себестоимость перевозок и уровень тарифов.
Целью работы является создание методологических основ системы ведения путевого хозяйства на базе ресурсосберегающих технологий и мониторинга состояния пути, позволяющих обеспечить адаптацию ее компонентов к меняющимся условиям эксплуатации с достижением максимально возможной надежности функционирования при минимальных общетранспортных затратах и заданном уровне материально-технического обеспечения.
Методы исследования включают комплексный системный анализ с вариантной оценкой эффективности способов ведения путевого хозяйства в нашей стране и за рубежом, охватывающей конструкцию пути, технологии его ремонта и содержа-
ния в различных эксплуатационных условиях, применяемые средства механизации, повторное использование материалов верхнего строения пути.
Учитывая вероятностную природу накопления дефектов пути, а также необходимость анализа транспортных процессов в диссертационной работе использовались методы теории случайных процессов, транспортных процессов, модель повторных испытаний, статистическое моделирование, методы комбинаторики. Наряду с теоретическими проводились экспериментальные исследования, а также натурные наблюдения в различных условиях эксплуатации пути.
Научная новизна заключается в:
создании методологии классификации эксплуатационных условий работы пути по показателю кинетической энергии потока поездов;
разработке новой системы технического обслуживания пути, дифференцированной по классам и основанной на применении унифицированного типа рельсов, ресурсосберегающих технологий, обеспечивающих длительную стабильность колеи, а также планировании работ по критериям фактического состояния пути;
обосновании сфер применения различных способов текущего содержания пути в рамках новой системы его технического обслуживания с разработкой методологии оценки возможности использования перерывов в движении поездов для производства работ;
разработке новых подходов к оценке параметров геометрии рельсовой колеи, включая методологию нормирования числа отступлений на пути соответствующего состояния;
установлении аналитических зависимостей, позволяющих определить вероятность обнаружения опасных внутренних дефектов в рельсах на докритической стадии их развития, и разработке на этой основе методологии расчета периодичности неразрушающегося контроля и оценки живучести остродефектных рельсов;
определении на базе много факторного корреляционного анализа превалирующих причин, обусловивших рост интенсивности бокового износа рельсов;
разработке научных основ статистического и аналитического методов расчета возвышения наружного рельса в кривых с использованием показателя кинетической энергии потока поездов;
- установлении аналитических зависимостей вероятности возникновения опас
ных ситуаций, исходя из доли негодных деревянных шпал на локальных участках пу
ти.
Практическая ценность работы состоит в том, что проведенные исследования явились предпосылками для создания новой системы ведения путевого хозяйства железных дорог России, регламентированной приказом МПС РФ 12Ц-1994 года. До 1994 года в практике отечественных железных дорог не было нормативного документа, обеспечивающего на базе единой стратегии трансформацию компонентов системы в зависимости от изменения эксплуатационных факторов. Реализация приказа позволила к 2003 голу увеличить на 29 % сроки службы пути и на 45 % производительность труда в путевом хозяйстве. Повышение эффективности работы путевого комплекса внесло весомый вклад в обеспечение надежного функционирования железнодорожного транспорта, как в период падения, так и роста перевозок.
Реализация работы. Основные результаты работы были использованы в следующих нормативных документах:
«Основные положения по организации содержания пути с применением машин и механизмов на дистанциях пути Московской железной дороги» ПЭ-66/550 от 1.03.83 года;
Приказ МПС СССР № 27 Ц от 27.07.87 г. «Об организации на железных дорогах машинизированного содержания пути»;
Приказ МПС РФ № 12 Ц от 16.08.94 г. «О переходе на новую систему ведения путевого хозяйства на основе повышения технического уровня и внедрения ресурсосберегающих технологий»;
«Временные технические условия на работы по ремонту и планово-предупредительной выправке пути», утверждены ЦП МПС РФ 9.02.95 г.;
«Технические условия на работы по ремонту и планово-предупредительной выправке пути», утверждены МПС РФ 28.06.97г.;
«Правила и технология выполнения основных работ при текущем содержании пути», утверждены ЦП МПС РФ 30.06.97 г.;
- «Положение о системе ведения путевого хозяйства на железных дорогах
Российской Федерации», утверждено МПС РФ 27.04.01 г.;
- «Инструкция по текущему содержанию железнодорожного пути», утвержде
на МПС РФ 1.07.2000 г.;
- Приказ МПС РФ № 8 Ц от 3.04.97 г. «О нормативах труда на текущем со-
ф держание пути и стимулировании его качества»;
- «Инструкция по расшифровке лент и оценке состояния рельсовой колеи по
показаниям путеизмерительного вагона ЦНИИ-2 и мерам по обеспечению безопасно
сти движения поездов», утверждена МПС РФ 14.09.97 г.;
- «Инструкция по техническому обслуживанию и эксплуатации сооружений,
Ф устройств, подвижного состава и организации движения на участках обращения ско
ростных пассажирских поездов», утверждена МПС РФ 19.07.96 г.;
- «Технические.условия на разрядку кустов негодных деревянных шпал желе
зобетонными», утверждена МПС РФ 25.02.99 г.;
- Указание МПС РФ С-З33у от 17.03.97 г. «Об установлении возвышения на-
^ ружного рельса в кривых»;
- «Руководство по определению возвышения наружного рельса в кривых», ут
верждено ОАО «РЖД» 17.03.04 г.;
Ш - «Временное положение об усиленном подъемочном ремонте пути», утвер-
ждено ОАО «РЖД » 14.07.04 года и введено в действие распоряжением №3072р от 6.08.04 г;
- «Методика по определению периодичности неразрушающего контроля рель-
ф сов», которая по решению технического совета Департамента пути и сооружений
ОАО «РЖД» от 5.01.04 г №СИ-Зпр проходит опытную проверку на четырех железных дорогах сети.
Реализация основных положений диссертации за последние 10 лет (после вы-
Щ хода приказа 12Ц) способствовала повышению на 45 % производительности труда в
путевом хозяйстве железных дорог Российской Федерации и убедительно подтверждает правильность избранного курса развития путевого хозяйства.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладыва
лись, получив одобрение, на:
9 - Научно-техническом совете МПС РФ (секция Путь и путевое хозяйство)
«Система ведения путевого хозяйства на основе ресурсосберегающих технологий»
9 Щ.
(25 апреля 1994 года, Москва);
- Научно-техническом совете МПС РФ (секции Путевое хозяйство и Неразру
шающего контроля) «Нормативы периодичности контроля рельсов» (19 июля 2001
года, Москва);
Научно-техническом совете МПС РФ (секция Путевое хозяйство) «Методика расчета возвышения наружного рельса в кривых» (24 декабря 2002 года, Москва);
1-ой научно-практической конференции МИИТа с Московской ж.д. (24-25 марта 1983 года, Москва);
$ - сетевой научно-технической конференции «Проблемы улучшения системы
ведения путевого хозяйства железных дорог и ее совершенствование на основе научно-технического прогресса» (17-19 сентября 1985 года, Калуга);
- 11-ой научно-методической конференции «Актуальные проблемы и перспек
тивы развития железнодорожного транспорта» (20-21 марта 1997 года, РГОТУПС,
* Москва);
- сетевой научно-практической конференции «Ресурсосберегающие техноло
гии на железнодорожном транспорте» (17-19 ноября 1998 года, МИИТ, Москва);
W - 11-ой сетевой научно-практической конференции «Ресурсосберегающие тех-
нологии на железнодорожном транспорте» (20-22 октября 1999 года, МИИТ, Москва);
- 1-ой сетевой научно-практической конференции «Путевые машины» (25-26
октября 2001 года, Калуга);
| - международной научно-практической конференции «Современные проблемы
путевого комплекса. Повышение качества подготовки специалистов и уровня научных исследований» (19-20 октября 2004 года, МИИТ, Москва);
- симпозиумах «День путевой техники» в рамках международных выставок-
# ярмарок «Путевые машины» (1995, 1996, 1999, 2000, 2002 годы, Калуга).
- Российской, с международным участием, научно-практической школе «Мето
ды и средства неразрушающего контроля рельсов в условиях новой системы ведения
путевого хозяйства» (15-17 ноября 1994 года, Санкт-Петербург);
- сетевой научно-практической конференции «Системы и технологии неразру-
9 шающего контроля в путевом хозяйстве железнодорожного транспорта» (13-15 мая
1996 года, Санкт-Петербург);
*
сетевом семинаре «Состояние и направления развития средств дефектоскопии рельсов в условиях реформирования путевого хозяйства» (19-20 октября 2001 года, Санкт-Петербург);
сетевом семинаре по автоматизированным системам управления путевым хозяйством (8-11 июня 1998 года, Ярославль).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в одной монографии, 57 статьях, одном методическом пособии для студентов ВУЗОВ.
Основные принципы построения системы ведения путевого хозяйства
В начальный период организации ремонтных работ затраты труда на 1 км капитального ремонта пути при ручном исполнении составляли 1700-1800 чел.- дней, а общая продолжительность закрытия перегона 16-18 ч. Раздельный способ производства работ вызывал неизбежные нарушения графика движения поездов, не позволял обеспечивать высокое качество работ, приводил к непроизводительным потерям при пропуске поездов. Такой способ работ в условиях постоянно растущего объема перевозок стал тормозом пропуска поездов. В связи с этим возникла острая необходимость вынесения максимального количества работ с перегонов на звеносборочные базы. Этому способствовало внедрение путеукладочных кранов.
Первые звеносборочные базы временного типа появились в конце 40-х годов. В последующие годы с развитием средств механизации их стали реорганизовывать в постоянные производственные базы ПМС со стационарными строениями и агрегатами для сборки и разборки звеньев путевой решетки. С 1972 года началось широкое внедрение поточных звеносборочных и разборочных линий на деревянных и железобетонных шпалах, а также стендов для сборки стрелочных переводов. Комплексная механизация позволила постоянно наращивать выработку в «окно» на капитальном ремонте пути (рис. 1.1.2), что было особенно важным в условиях роста объемов пе ревозок. Обзор развития системы ведения путевого хозяйства показывает ее тесную связь с развитием средств механизации путевых работ.
По мере развития железнодорожный путь становится все более сложной технической системой. Эта сложность обусловлена тем, что ее состояние представляет собой интегральный результат взаимодействия конструкции пути с подвижным составом и окружающей средой. Этот результат непосредственно зависит от систем мониторинга и технического обслуживания пути.
Мониторинг зарождался в начале 80-х годов позапрошлого века с началом применения первых средств диагностики пути. Тогда по предложению инженера Н.А. Онуфровича стал применяться катучий шаблон для проверки ширины колеи с дрезины. В 1911 году Н.Е. Долговым была разработана измерительная тележка, которая регистрировала показатели ширины колеи и уровня на бумажной ленте, а в 1913 году построен первый путеизмерительный вагон. К этому же периоду относится зарождение систем оценки состояния пути на основе результатов проверки с помощью мобильных средств. Существенным шагом в развитии мониторинга стала паспортизация пути, введенная в 1935 году.
Основные принципы построения системы ведения путевого хозяйства
По мере усложнения условий эксплуатации система ведения путевого хозяйства трансформировалась в сложную многослойную структуру, компоненты которой сегодня должны быть подчинены единой стратегии. По существу она может рассматриваться как концепция адаптации структурных составляющих к изменяю 26 Ш щимся условиям работы железных дорог. Основные принципы построения системы ведения путевого хозяйства со стоят в следующем: ф - процесс адаптации системы должен предшествовать периоду наступления ситуаций с более сложными условиями эксплуатации пути и строится на основе долгосрочного прогноза работы железнодорожного транспорта; - развитие системы должно сводиться к принятию единых принципов, правил и функций управления, определяющих комплексные изменения эксплуатационных іЩі возможностей железнодорожного пути, технологии его обслуживания, адаптации ма териально-технической базы для решения этих задач; - должна разрабатываться комплексная Программа, обеспечивающая син хронное развитие всех компонентов системы; - стратегия использования пути определяется совокупностью нормати вов, регламентирующих режим его эксплуатации с соответствующим уровнем ско ростей, обеспечивающих безопасность движения поездов, а также предоставле ния необходимых перерывов для технического обслуживания в рамках единого технологического процесса с перевозками и достижением наивысшей эффективности функционирования в системе всего железнодорожного транспорта; - стратегия технического обслуживания пути определяется совокупностью до-. пустимых параметров его состояния, технологических нормативов и регламентом Ф мониторинга с принятием решений об объемах и сроках проведения работ на основе информации о фактическом техническом состоянии объектов, обеспечивающих наименьшие общетранспортные затраты; - целью мониторинга является получение заключения о соответствии состоя Щї ния пути предъявляемым эксплуатационным требованиям; - ресурсы путевого хозяйства должны быть достаточными для обеспечения надлежащего (т.е. соответствующего эксплуатационным требованиям) технического состояния пути в течение заданного срока службы.
Оценка возможности ведения работ текущего содержания пути в межпоездные интервалы
Автором были проведены исследования по определению закона распределения продолжительности интервалов между поездами, следующими, как по пути, на котором ведутся работы, так и в совокупности со смежными путями. В качестве теоретической функции распределения была принята экспоненциальная. Соответствие эмпирической и теоретической функций распределения определялось по критерию согласия Колмогорова-Смирнова как наиболее сильному в данном случае при сравнительно небольших объемах выборок. Статистическая обработка полученных результатов показала, что нет оснований от отказа от принятой гипотезы. Таким образом, плотность распределения интервалов в совокупном потоке поездов определяется выражением Хе Xl при i О f(i) =
О при і 0 , где X - плотность совокупного потока по обоим путям; і - текущее значение межпоездного интервала в этом потоке. Аналогичные результаты были получены в работах [29, 264]. Продолжительность межпоездного интервала для выполнения любой из путевых работ должна удовлетворять следующему условию где tmjn - промежуток времени между поездами, необходимый для выполнения определенного набора операций с минимальным объемом работ, достаточным для фиксации пути в планируемом положении, при безусловном соблюдении требований по безопасности движения и техники безопасности.
Назовем такой интервал эффективным. Использование для выполнения путевых работ интервалов, продолжительность которых меньше эффективных, ведет к непроизводительным затратам рабочего времени. Суммарное эффективное время путевых работ можно выразить следующей зависимостью ТЭф = (ізф - tn0T) п кЭф РЭф (2.1.1), где іЭф - средняя продолжительность эффективного интервала в совокупном потоке поездов; tnoT - потери времени, учитывающие пропуск поездов и непроизводительные операции при выполнении работ в межпоездные интервалы; п - число поездов совокупного потока, пропускаемых за время ведения путевых работ; РЭф - вероятность появления эффективных интервалов в совокупном потоке; кЭф - коэффициент, учитывающий долю используемых эффективных интервалов на непосредственное производство путевых работ за период их выполнения. Среднюю продолжительность эффективного интервала найдем из выражения 1,Ф = М1 Ы (2.1.2), P[i tm]n] где M[i tmin] и P[i tmin] - соответственно математическое ожидание и вероятность появления эффективного интервала.
Учитывая, что интервалы совокупного потока распределены по экспоненциальному закону, найдем значения этих величин и эффективного интервала со M[i tmin] = jie-Xi di = (- + tmin) еЛ, oo — „-M mm P[i train]= Jkr"di =e t mm U=d+tmin) (2.1.3). k, Тогда суммарное эффективное время определится по формуле _ 1 -it ТЭф - Кэф (— + tmin - tnoT) n е min (2.1.4). Коэффициент использования эффективных интервалов найдем из выражения кэф=1- - (2-1.5), см где tHenp - непроизводительные затраты рабочего времени в течение смены; Тсм - продолжительность рабочего дня.
Для расчетов приняты следующие параметры: 30 мин. - физиологические перерывы и отдых; 20 мин. - инструктаж и передвижения бригады в рабочей зоне; 24 мин. - время на проход к пункту сбора и обратно (расстояние 1 км); 25 мин. - не предвиденные потери рабочего времени в течение смены, принятые в размере 5 % от ее продолжительности, связанные с погодными условиями и выполнением непредвиденных работ. 0,8.
Элементы путевой работы: tn - время на пропуск поезда; tBX - время, необходимое на возобновление работы после пропуска поезда; tDbIX - время выхода бригады из опасной зоны; tpa3 0 - время на развертывание основных операций; tCB 0 - время на свертывание основных операций; tnofl - время на операции по подготовке пути к пропуску поезда; Тпол - полезное время интервала; Траз и Тсв - общее время разворота и свертывания основных работ
Для решения вопроса о продолжительности межпоездных интервалов, пригодных для ведения работ по текущему содержанию пути, они были разделены на три группы.
I группа Работы, полезное время которых определяется минимальным объемом, выполняемым за один прием. При коротких интервалах не представляется возможным поставить путь даже на небольшом участке в планируемое положение. Это приводит к повторяемости операций разворота и свертывания и уменьшению доли полезного времени. Во многих случаях ведение работ сопровождается нарушениями технологии и правил безопасности. К таким работам относятся: выправка пути в плане и профиле; регулировка ширины колеи и зазоров; смена шпал, накладок, переборка изолирующих стыков.
II группа
Работы, выполнение которых можно прервать в любой момент времени без существенных потерь времени на разворот и свертывание операций. К таким работам можно отнести: закрепление болтов, добивку костылей, ликвидацию выплесков, очистку пути и т.п.
III группа
Работы, выполнение которых не связано с движением поездов или их производство требует фиксированного технологического перерыва. К таким работам можно отнести одиночную смену рельсов, восстановление плетей и т.п.
Под фиксированным технологическим перерывом в данном случае следует понимать предоставление планового или внепланового «окна», а также выполнение работы в любой межпоездной интервал с остановкой поезда до полного окончания работы, как, например, неотложная смена рельса. К этим же работам следовало бы отнести смену, переборку изолирующих стыков, смену шпал. Однако, учитывая, что на их выполнение (имеются в виду операции, непосредственно связанные с нарушением целостности пути) требуется значительно меньше времени, чем на смену рельса, для расчетных целей они были отнесены к I группе.
Условия развития и структура перевозок
Из-за невозможности приобретения дорогами в достаточном количестве материалов верхнего строения пути было утрачено важнейшее достижение 60-х - 70-х годов прошлого столетия, когда в путь при капремонте укладывались полностью новые материалы. К середине 90-х годов доля, например, старогодных деревянных шпал, используемых при капремонте, достигла на отдельных участках 50 % ив зависимости от условий эксплуатации никак не нормировалась. В период 1990-1995 годов протяженность пути с дефектными рельсами увеличилась в 1,2 раза, с негодными деревянными шпалами - в 1,3 раза, с дефектными деревянными стрелочными брусьями - в 1,35 раза. Поставки новых рельсов за этот же период упали в 1,5 раза. К началу 1992 года на сети российских железных дорог протяженность пути с загрязненным сверх норм балластом составила 22,6 %, а на ряде дорог достигла критической величины: Западно-Сибирской - 49 %, Северо-Кавказской - 42 %, Юго-Восточной -37 %, Горьковской - 29 %.
При создании средств механизации отечественные специалисты были ориентированы на приспособление их для работы в условиях запредельной загрузки линий. Техника должна была обеспечивать максимальную производительность при предоставлении «окон» продолжительностью 3-4 ч с минимальными помехами движению. Вопросы достижения реального качества ремонта отодвигались на второй план.
Необходимо отметить, что фактические годовые объемы работ, выполняемые по очистке щебня машинами с бесконечной сеткой, при их большой погонной производительности были не столь велики. Так в 1993 году всего было очищено по сети 4,9 тыс. км и при этом выработка машин, работающих без снятия путевой решетки, не превышала 57 км за сезон, а машин, используемых в составе укладочных комплексов - 26 км за сезон. Эти показатели не превышали годовую выработку машин с глубокой очисткой щебня, используемых за рубежом, но позволяющих избежать приведенные выше негативные последствия.
В силу перечисленных причин не только не удалось создать предпосылки для улучшения состояния пути и повышения скоростей движения поездов, но даже в условиях падения перевозок поддерлшвать сложившийся уровень скоростей. Так, если в 1990 году на сети действовало в среднем 4630 ограничений скорости на длине 58 км, то в 1993 году их число выросло на 31 %, а протяженность на 53 %. Средневзвешенные разрешенные скорости пассажирских поездов снизились на 1,7 км/ч и грузовых - на 3,6 км/ч. За этот же период интенсивность работы пути упала на 30 % и, если бы объемы перевозок оставались на уровне 1990 года, путевое хозяйство стало бы непреодолимым тормозом в работе железных дорог.
Главное управление пути МПС РФ, образованного в начале 1992 года, в котором автор занимал должность главного инженера, проведя анализ, пришло к выводу, что действующая система ведения хозяйства не сможет обеспечить в сложившейся ситуации, а тем более в будущем, надлежащей эффективности использования имеющихся ресурсов. На основе этого и последующих анализов [93] были даны первые рекомендации по направлениям совершенствования ведения путевого хозяйства [212]. Коллегией МПС РФ № 8 от 10.06.92 года «О стратегии развития путевого хозяйства в современных условиях» по докладу Главного управления пути было принято решение о разработке необходимых нормативных документов.
Для отработки направлений реформирования путевого комплекса отечественных железных дорог и оценки возможных результатов этой работы необходимо было использовать опыт тех стран, железные дороги которых уже прошли этот путь. Наиболее близко к условиям работы отечественных железных дорог стоят дороги США, хотя в эксплуатации пути они имеют и существенные отличия. Ниже дается сравнительный анализ ведения путевого хозяйства в двух странах с учетом этих отличий, проведенный автором [90-92].
Исторически железные дороги в США развивались более быстрыми темпами, чем в России. Первые линии общего пользования в США и в России были пущены в эксплуатацию соответственно в 1830 и в 1837 году. Максимальной протяженности железнодорожная сеть США достигла к 1916 году - 409 тыс. км. Длина железных дорог России в этом же году составляла 85 тыс. км [59, 94].
В дальнейшем в результате развития других видов транспорта в США шло сокращение протяженности сети, длина которой к 1999 году уменьшилась в 1,5 раза.
Сегодня железные дороги представляют собой одну из самых эффективных и высокотехнологичных отраслей экономики США, а их персонал оказался в числе 2 % самых высокооплачиваемых работников.
В грузообороте всех видов транспорта, включая трубопроводный, без учета морских перевозок на железные дороги США приходится 40,3 % объема транспортных услуг, а на российские - 39,7 %. Протяженность линий, приходящихся на 1000 кв. км территории США в 4 раза выше, чем в России. В США в течение длительного времени идет процесс укрупнения железных дорог. В результате в 1999 году в собственности двух самых крупных грузовых компаний BNSF и UP находилось 37 % эксплуатационной длины сети США. Протяженность пути только этих двух компаний превышает на 3 тыс. км длину всей сети железных дорог России. Пассажирские перевозки по железным дорогам США не превышают 1 % объемов всех видов транспорта, а на российских они составляют 40 %.
Второй этап совершенствования системы текущего содержания пути
Допустим, что новые рельсы Р65 укладывают на участки 1 класса с грузонапряженностью 120 млн. т и эксплуатируют по четырехэтапной схеме. После наработки нормативного тоннажа на первом этапе их снимают с пути и перекладывают на пути 3 класса, где Г= 40 млн. т (второй этап), затем на пути 4 класса (третий этап), а оттуда - на пути 5 класса (четвертый этап). Из точки 1 (см. рис. 2.4.1) на кривой Гш, где заканчивается первый этап эксплуатации рельсов, опускаем перпендикуляр на ось абсцисс и находим их срок службы. Он равен 5 годам или 600 млн. т. Из этой же точки проводим горизонтальную линию до пересечения с кривой Г4о (точка Г), в соответствии с которой, начиная с той же точки (13 лет), будут выходить из строя рельсы на втором этапе службы.
Допускаемый суммарный выход рельсов для кривой Г40 составляет 5 шт/км, а с учетом предыдущего этапа - 7 шт/км (5+2). Находим точку 2 пересечения кривой Г4о с горизонтальной линией, соответствующей такому выходу рельсов. Опуская перпендикуляр из этой точки на ось абсцисс, видим, что ее положение соответствует 22 годам. Следовательно, срок службы переложенных рельсов на втором этапе составляет 9 лет (22 - 13) или 360 млн. т (9 .40).
На третьем этапе, когда срок службы рельсов лимитируется не тоннажем, а 15 годами, наработка тоннажа (при Г=15 млн. т) составит 15 .15=225 млн. т. На последнем четвертом этапе срок службы рельсов экспертно ограничен 20 годами. Принимая грузонапряженность станционных путей равной в среднем 7,5 млн. т, находим наработку на этом этапе: 20 «7,5 =150 млн. т. Общий срок службы рельсов составит в годах - 50 лет; в тоннаже - 1375 млн. т.
Аналогично определялся выход элементов скреплений и шпал. При этом использовали статистические данные, изложенные в работе [8].
Этот метод позволил установить сроки обновления и капитального ремонта пути в среднесетевых условиях для перспективного планирования. Ввод поправочных коэффициентов дал возможность учесть влияние различных технических мероприятии на сроки службы конструкций: замена щебня слабых горных пород, нормализация при ремонте толщины чистого щебня, увеличение длины рельсовых плетей на участках бесстыкового пути, соблюдение периодичности шлифовки рельсов, применение упрочненных рельсов, использование при капитальном ремонте рельсов, ре-новированных в стационарных условиях.
В тоже время изменена стратегия назначения соответствующих видов работ на конкретных объектах с переходом от чисто нормативных методов к оценке их фактического состояния по специально установленным критериям, что декларировалось в ППР-64, но не было реализовано (см. табл. 2.4.1). Такой метод при развитии мониторинга состояния пути позволяет наиболее рационально распределять имеющиеся ресурсы в зависимости от класса пути, обеспечить соответствие устанавливаемых скоростей движения его техническому состоянию с точки зрения безопасности движения поездов. В связи с переходом к планированию по фактическому состоянию в отличие от ППР-64 для промежуточных видов ремонтов нормативы по тоннажу не устанавливались. Для их назначения в Положении были дифференцированы ремонтные схемы в зависимости от класса пути и его конструкции. Всего установлено 9 ремонтных схем, учитывающих также использование новых и старогодных материалов верхнего строения пути. Для стрелочных переводов ремонтные схемы установлены отдельно в увязке с ремонтной схемой перегона, что должно обеспечивать комплекс-, ное оздоровление пути на всем протяжении, включая раздельные пункты.
Ранее суммарный одиночный выходу рельсов за весь срок службы определялся пропущенным по ним тоннажем, т.е. фактически одним параметром - средней грузонапряженностью. Это не в полной мере характеризовало условия их эксплуатации. С введением классов появилась возможность дифференцировать суммарный выход рельсов по показателю годовой кинетической энергии поездопотока, что позволяет в большей степени учитывать интенсивность работы пути и обеспечивает повышение его надежности на участках с большей грузонапряженностью и скоростями движения, а также приемлемый выход на участках, где используются старогодные рельсы. Аппроксимация нормативов одиночного выхода по классам позволила установить его зависимость от величины кинетической энергии поездопотока (рис.2.4.2)
Допустимый одиночный выход рельсов в зависимости от кинетической энергии поездопотока: 1 - осредненные значения; 2 - по верхней границе класса; 3 -по нижней границе класса
Второй этап совершенствования системы текущего содержания пути
Основным стратегическим направлением повышение эффективности текущего содержания пути было принято сокращение его трудоемкости за счет перевода пути на железобетонное подрельсовое основание, повышения долгосрочной стабильности пути в результате реализации новых способов ремонта, включая основательное оздоровление балластной призмы, усиление несущей способности земляного полотна, в том числе основной площадки и восстановление водоотводных сооружений, а также шлифовку рельсов.
К началу второго этапа(1994 год) внедрения новой системы ведения путевого хозяйства российские железные дороги располагали следующими машинами: ВПР - 390 ед., ВПРС - 230, Р - 36, БУМ - 79, ПМГ - 200 и РОМ - 50 ед.
Отсутствие в комплексах распределителей балласта и стабилизаторов пути не позволяли обеспечить его длительную стабильность после выправки. Машины ВПР и ВПРС в основном работали методом сглаживания, что после неоднократных выправок приводило к искажению плана пути с образованием заводин, прежде всего, на подходах и в пределах кривых. Выправка продольного профиля осуществлялась также сглаживанием на базе длины машины, что позволяло ликвидировать неровности только в локальных местах. Среднегодовая выработка машин ВПР не превышала 100 км, а малая часовая производительность требовала предоставления большого количества «окон».
Для повышения эффективности работы на текущем содержании пути машинизированных комплексов, показавших положительные результаты на первом этапе внедрения новой системы, предусматривалось их пополнение недостающими компонентами, включающими распределители балласта и стабилизаторы пути, а также оборудование эксплуатируемого парка системой автоматической выправки и его замена более производительными и надежными выправочными машинами. Была разработана перспективная программа переоснащения путевого хозяйства новым поколением путевой техники, введенная приказом МПС РФ № 12 Ц-1994 года.
