Содержание к диссертации
Введение
1. Постановка основной задачи управления техническим состоянием пути 15
1.1. Общие тенденции развития технической эксплуатации 19
1.2. Признаки общих тенденций развития технической эксплуатации в путевом хозяйстве 22
1.3. Аналогия структуры тенденций совершенствования систем ТОиР и основных алгоритмов управления 25
1.4. Верхнее строение пути, как сложная система 31
1.5. Виды технического состояния однородного участка ВСП одного года укладки 37
1.6. Критерии предельного технического состояния верхнего строения пути , 42
1.7. Уточнение основной задачи теории технической эксплуатации пути 49
1.8. Некоторые методологические принципы решения основной задачи 53
1.9. Выводы 60
2. Разработка вероятностных методов расчетной оценки состояния однородного участка верхнего строения пути 63
2.1. Аналитический обзор вероятностных методов расчета повреждений верхнего строения пути 65
2.2. Способы вычисления вероятности отказа пути 72
2.3. Методика вычисления эксплуатационного спектра динамических нагрузок от колес подвижного состава 79
2.4. Зависимости накопления повреждений пути от величины - 3 и количества динамических нагрузок на путь 84
2.5. Особенности усталостных расчетов металлических элементов верхнего строения 88
2.6. Методика расчета одиночного изъятия рельсов 89
2.7. Методика экспериментального определения постоянных для вероятностной оценки повреждений 93
2.8. Экспериментальная проверка вероятностного расчета остаточных осадок пути с учетом количества и величины динамических нагрузок на путь 98
2.9. Методика экспериментального определения параметров кривой усталости головки рельсов 100
2.10. Экспериментальная проверка вероятностного расчета одиночного изъятия рельсов с учетом количества и величины динамических нагрузок на путь 105
2.11. Выводы по разделу 110
3. Разработка вопросов управления техническим состоянием всп главных путей отдельного железнодорожного направления 112
3.1. Характеристика объекта исследования 113
3.2. Априорная расчетная модель состояния верхнего строения пути железнодорожного направления 123
3.3. Исследование связи годового объема сплошной замены и годового количества одиночного изъятия рельсов на направлении 132
3.4. Исследование связи годового объема сплошной замены рельсов, годового количества одиночно изъятых рельсов и допускаемого критерия предельного состояния ВСП
по одиночному изъятию рельсов 138
3.5. Предложения по корректировке межремонтных норм 144
3.6. Оценка одного из допускаемых критериев предельного состояния балластного слоя 146
3.7. Выводы по разделу 159
4. Прогнозирование технического состояния всп и объемов ремонтных работ 162
4.1. Общие сведения о прогнозировании 163
4.2. Априорное прогнозирование технического состояния ВСП при планировании ремонтов 167
4.3. Оценка влияния осевых нагрузок локомотивов на одиночное изъятие рельсов и объемы ремонтных работ 171
4.4. Оценка влияния осевых нагрузок грузовых вагонов на одиночное изъятие и объемы капитального ремонта пути 178
4.5 Оценка влияния осевых нагрузок вагонов на объемы выправочно-подбивочных работ 197
4.6. Расчетная оценка влияния скорости движения на повреждаемость пути и основные ремонтные ресурсы 198
4.7. Выводы по разделу 209
5. Разработка вопросов проектирования автоматизированной диагностической подсистемы верхнего строения пути 211
5.1. Концепция автоматизированной диагностической подсистемы управления техническим состоянием ВСП 212
5.2. Структура информационного обеспечения АДП ВСП 217
5.3. Структура программного обеспечения АДП ВСП 223
5.4. Место АДП ВСП в системе АСУ путевого хозяйства 224
5.5. Практические варианты АДП 226
5.6. Методика практического прогнозирования технического состояния эксплуатируемого верхнего строения пути 233
5.7. Выводы по разделу 243
Заключение 245
Список использованных источников 249
- Аналогия структуры тенденций совершенствования систем ТОиР и основных алгоритмов управления
- Методика вычисления эксплуатационного спектра динамических нагрузок от колес подвижного состава
- Исследование связи годового объема сплошной замены и годового количества одиночного изъятия рельсов на направлении
- Структура программного обеспечения АДП ВСП
Введение к работе
Актуальность проблемы. Обеспечение безопасности движения поездов и улучшение экономического положения являются первоочередными проблемами железных дорог. В приказе МПС РФ N121], от 16.08.94г. определены основные направления их решения в путевом хозяйстве на основе повышения технического уровня и внедрения ресурсосберегающих технологий. Одно из направлений связано с внедрением планирования ремонтов верхнего строения пути (ВСП) на основе показателей его фактического технического состояния.
Планирование сроков и видов ремонтных работ является одним из важных этапов управления техническим состоянием ВСП. При комплексном подходе важно совершенствовать средства диагностики, перечень диагностических признаков и показателей разных видов техшіческого состояния ВСП, расчетные методы оценки изменения состояния, необходимо обеспечить прогнозирование состояния ВСП и др. В целом совершенствование управления техническим состоянием верхнего строения в условиях эксплуатации направлено на обеспечение содержания пути на уровне современной техники и на повышение безопасности движения.
Цель исследования состоит в разработке комплекса научно-обоснованных решений по повышению эффективности содержания эксплуатируемого верхнего строения пути (ВСП) на основе современных информационных технологий, методологии оптимального управления и системного подхода.
Методика исследования определяется принятой в работе трактовкой содержания ВСП, как процесса управления состоянием сложной технической системы.
В основу анализа управления техническим состоянием пути
положены методологические принципы современной теории
автоматического управления и теории систем. Использовались положения и методы общетехнической теории технической эксплуатации сложных систем, статистической строительной механики и теории надежности.
Для многовариантных расчетов по оценке технического состояния ВСП при различных эксплуатационных и конструкционных условиях использовались реализованные на ЭВМ вероятностные расчетно-аналитические модели состояния конкретных участков ВСП.
При оценке достоверности аналитических моделей использовались результаты статистических экспериментов на конкретных главных путях важнейших железнодорожных направлений общей протяженностью около 4000 км.
Научная новизна. В работе получены следующие новые научные результаты:
обобщены методологические принципы оптимизации управления техническим состоянием верхнего строения пути, как сложной технической системы;
разработана на ЭВМ полуэмпирическая расчетно-аналитическая модель технического состояния верхнего строения эксплуатируемых главных путей конкретного железнодорожного направления, как автоматизированное средство исследования его эксплуатационной надежности в изменяющихся условиях эксплуатации;
разработаны новые вероятностные методы и алгоритмы прогнозирования эксплуатационной надежности ВСП, реализованные на ЭВМ, впервые учитывающие в явном виде эксплуатационный спектр динамических нагрузок на путь от колес подвижного состава, а также зависимости лидирующих повреждений пути от величины и количества воздействий;
разработана методика исследования допускаемых значений критериев предельных (предремонтных) состояний участка ВСГ1 одного года укладки с одинаковыми по длине конструкционными и эксплуатационными характеристиками (далее однородный участок (ОУ) ВСП) во взаимосвязи со среднегодовыми значениями объемов ремонтов и количества отказов ВСП в пределах данного железнодорожного направления;
получены зависимости основных показателей работоспособности и объемов ремонтов ВСП от важнейших эксплуатационных факторов;
разработана концепция автоматизированной диагностической
5 подсистемы верхнего строения пути (АДП), как нового технического средства управления состоянием ВСП.
Практическая ценность работы. Разработанные в диссертации методология и модели представляют основу для создания штоматизированной подсистемы управления техническим состоянием ВСП.
При внедрении результатов работы снижается на 10-15 процентов одовое количество отказов верхнего строения пути при тех же годовых )бъемах ремонтных ресурсов и прочих условиях. Это обеспечивается за ;чет учета и прогнозирования фактического состояния каждого участка ЗСП в пределах направления или дороги.
На защиту выносятся:
системный подход к исследованию технической эксплуатации верхнего строения пути и совершенствованию информационной технологии выработки решений о сроках ремонтов ВСП;
методология оптимизации управления техническим состоянием ЗСП;
полуэмпирическая прогнозирующая модель состояния ВСП по издирующим отказам;
концепция и принципы проектирования автоматизированной іиагностической подсистемы ВСП, как средства выработки рекомендаций по организации его технической эксплуатации.
Реализация работы. Работа является частью исследований, троводимых в соответствии с отраслевыми научно-техническими трограммами (Указание МПС N608 от 10.03.86г. по разработке научно-)боснованной системы ведения путевого хозяйства на линиях с высокой рузонапряженностью; Указания МПС N1531, NT-21450, N1324 от l985r.,NT-8175 от 18.03.86г. по увеличению осевых нагрузок годвижного состава; Указание МПС N1459-y от 18.12.85г. по /величению средней технической скорости движения). В течение ряда тет исследования реализовывались в НИР, проводимых по заказам служб тути Куйбышевской и Южно-Уральской железных дорог. Результаты заботы использованы в техническом задании на корректировку «іформационно-справочной системы АСУ-путь.
Использованы при разработке Указаний по системе ведения путе-
вого хозяйства на участках с высокой грузонапряженностью (утв. ЦП МПС 15.10.84); приказа МПС 12Ц от 16.08.94г.; в техническом задании на разработку бортовой автоматизированной системы (БАС) оценки состояния пути для путеизмерительного вагона ЦНИИ-2 (утв.ЦП МПС 21.01.91), в техническом задании на бестросовый компьютеризированный путеизмерительный вагон (утв.ЦП МПС 20.07.93); в технических условиях на стыковку АРМ диспетчера дистанции пути с бортовыми автоматизированными системами передвижных диагностических средств (Утверждены ЦП МПС 15.06.94); в техническом задании на программное обеспечение бортовой автоматизированной системы путеизмерительной автомотрисы АЛ (утв.ЦП МПС 27.06.94г.; в Дополнениях к техническим условиям по расшифровке путеизмерительных записей (ТУ-81) (утв.07.08.96г.).
На Куйбышевской железной дороге внедрен комплекс автоматизированных задач анализа и прогнозирования одиночного изъятия рельсов, позволивший при тех же годовых объемах капитального ремонта пути на 10-15 процентов уменьшить годовое количество остродефектных рельсов за счет учета и прогнозирования состояния верхнего строения пути по одиночному изъятию рельсов.
Экспертная система по мероприятиям, выполняемым при обнаружении дефектов в рельсах в соответствии с каталогом НТД/ЦП-2-93, разработанная по алгоритмам и при участии автора, одобрена координационным советом по АСУ-путь МПС РФ и внедрена на Куйбышевской ж.д.
Бортовая автоматизированная система (БАС) путеизмерительного вагона, в разработке которой принимал участие автор, принята комиссией МПС и в настоящее время изготавливается серийно. Задание по тиражированию этой системы включены в Государственную программу безопасности движения поездов на железных дорогах РФ на период до 2000г. (приказ МПС 19Ц от 01.06.92) и в приказ МПС 12Ц от 16.08.94г.). По техническим заданиям автора и при его непосредственном участии разработано информационное и программное обеспечение режима подготовки и обработки информации БАС КВЛ-П (создание и ведение базы паспортных данных проверяемых путей, подготовка маршрута проверки пути, создание и ведение базы результатов
7 измерений и получение выходных форм), а также обеспечение сопряжения БАС с АРМами дистанций и службы пути.
Концепция мониторинга и управления техническим состоянием главных путей дороги, разработанная автором на основании выполненного исследования (утв.НГ 25.07.96г.), принята на Куйбышевской ж.д.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы
докладывались и обсуждались на НТС отделения путевого хозяйства
ВНИИЖТа (Москва, 1986г.), на НТС рельсовой лаборатории отделения
путевого хозяйства ВНИИЖТа (Москва, 1984г.), на расширенном
совещании лаборатории комплексных технико-экономических
исследований отделения путевого хозяйства ВНИИЖТа (Москва,1983г.), в лабораторій! надежности и долговечности ГНИИНмаш АН СССР, (Москва, 1986г.), на Всесоюзной н.-т. конференции "Проблемы улучшения системы ведения путевого хозяйства ж.д." (Калуга, 1985г.), на Всесоюзной н.-т. конференции "Новые принципы ультразвуковой дефектоскопии" (Ленинград, 1986г.), на Всесоюзной н.-т. конференции по диагностике технических средств транспорта (Москва, ВДНХД987г.), на межвузовских н.-т. конференциях по путевому хозяйству и автоматизированным системам испытания объектов ж.-д. транспорта (НИИЖТ,1982г.; ХИИТ, 1984г.; МИИТ, 1985,1988г.; СамИИТ,1983-1988г.), на технико-экономическом совете Южно-Уральской ж.д. (Челябинск, 1984г.), на техническом совещании ВЦ и службы пути Куйбышевской ж.-д.(Куйбышев, 1983г.); сетевых семинарах "Применение автоматизированных систем и вычислительной техники в путевом хозяйстве" (Новосибирск, 1991г.; Москва, 1989г., 1991г.,1994-95гг.); на научно-техническом совете СамИИТа, 1988г.; на заседаниях кафедр "Путь и путевое хозяйство" СамИИТа (1988, 1993,1996гг.), НИИЖТа,1989-90гг., МИИТа (1994, 1997гг).
Комплекс автоматизированных задач по оценке и прогнозированию технического состояния рельсов, как один из результатов работы, награжден серебряной медалью ВДНХ СССР в 1987г. и дипломом ВВЦ РФ в 1994г.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 33 печатных работах, список которых прилагается в конце автореферата.
8 Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения пяти глав, выводов, списка использованных источников (19' наименований) и приложений. Объем работы - 205 страша машинописного текста, иллюстрированного рисунками и таблицами.
Аналогия структуры тенденций совершенствования систем ТОиР и основных алгоритмов управления
Внедрение стратегии и принципа ТОиР "по состоянию" является одной из наиболее заметных особенностей развития современных систем ТОиР в различных областях техники /2,10,19,20,27-31/.
Под стратегией ТОиР понимается /10/ система правил управления техническим состоянием объекта в процессе ТОиР. Стратегия "по состоянию объекта" осуществляется по принципу обратной связи. Управляющее воздействие в этом случае осуществляется с учетом результатов измерений текущих параметров состояния объекта. Как и стратегия "по наработке", новая стратегия ТОиР является предупредительной. Различаются стратегии тем, что в первой основным критерием для назначения ремонтов и профилактических работ является наработка; во второй обязательно учитываются показатели фактического (текущего) технического состояния объекта.
Методы организации работ по содержанию пути через заранее запланированные интервалы календарного времени или наработки не удовлетворяют возросшим требованиям по обеспечению безопасности движения, а также экономичности эксплуатации. Их применение при - 20 водит к значительным потерям из-за неучета фактического состояния пути. Строгое соблюдение установленного межремонтного ресурса для всех без исключения участков верхнего строения пути независимо от фактического состояния не исключает случаев появления отказов и, что самое главное, приводит к преждевременной замене большей части участков.
По данным /29/, при внедрении стратегии ТОиР "по состоя-нию"расходы на техническую эксплуатацию снижаются примерно на 30 процентов. В /31/ отмечается, что в условиях новой системы ТОиР средний ресурс основных агрегатов увеличивается на 30-40 процентов, удельные затраты снижаются на 14-20 процентов, безотказность увеличивается на 10-20 процентов. В /28/ отмечается, что учет индивидуального срока службы ведет к увеличению среднего ресурса всей партии однотипных объектов, поскольку уменьшается доля объектов преждевременно исключаемых из эксплуатации для ремонта.
Важной чертой развития современных систем ТОиР является обеспечение индивидуального прогнозирования /18,28-33/. Считается, что прогнозирование состояния технических объектов является существенным резервом повышения эффективности систем ТОиР.
Внедрение компьютерных технологий в практику технической эксплуатации /20,28,29,32/ является важной тенденцией, сопутствующей внедрению стратегии ТОиР по состоянию. Причины этого две. Одна заключается в необходимости своевременной и более глубокой обработки информации о состоянии объекта и его элементов; другая - в необходимости прогнозирования состояния на основе этой информации. Речь идет не просто о применении ЭВМ, а о создании специали - 21 зированных информационно-вычислительных систем, которые включаются в состав технических средств системы ТОиР.
Развитие технической диагностики и средств автоматизации обработки ее результатов тесно увязывается с созданием аналитических моделей технического обслуживания /18,19,28-31/.
К основным исходным данным для разработки аналитических моделей обслуживаемых объектов относятся /27/; их качественные и количественные характеристики, перечень контролируемых и прогнозируемых параметров, перечень возможных состояний и их количественные параметры, достоверные данные о стоимости проверок состояния, о затратах на ремонты. Учитываются факторы, влияющие на состояние. Для механических объектов /28/ характерно требование сочетания вероятностно-статистических методов расчета с методами функционального анализа, теории прочности и механики разрушения.
Модель считается хорошей /27/, если с ее помощью можно достаточно точно предсказать изменение основных параметров объекта. Подчеркивается требование привязки модели к конкретному объекту для получения информации о его индивидуальном поведении в эксплуатации. Использование математических или расчетно-аналитических моделей не только на стадии проектирования, но и в процессе их эксплуатации на основе применения ЭВМ является одной из характерных черт современных систем технической эксплуатации. Модели объекта и его содержания становятся практическим инструментом управления техническим состоянием.
Рассмотренные тенденции развития систем ТОиР тесно связаны со следующими направлениями исследований: - совершенствование комплекса критериев технического состояния различных видов и методов их определения (измерения);
Методика вычисления эксплуатационного спектра динамических нагрузок от колес подвижного состава
К числу опасных лидирующих повреждений пути, зависящих от движения поездов, относятся усталостные трещины в рельсах, неравномерные остаточные осадки пути, отступления рельсовой колеи от норм содержания, ослабление прикрепителей рельсовых скреплений, износ и смятие элементов верхнего строения пути и др. Общая осо - 85 бенность лидирующих повреждений пути заключается в их накапливающемся характере. Они развиваются постепенно.
Для расчетной оценки прочности и надежности конструкций по дефектам такого рода, как отмечается в /28/, необходимо принять определенную гипотезу накопления повреждений.
В расчетах усталостных повреждений конструкций до настоящего времени чаще применяется линейная гипотеза их накопления. Эта гипотеза связывает величину повреждения с количеством и величиной переменных динамических воздействий на конструкцию. В качестве характеристики сопротивления материала конструкции при этом принимается кривая усталости /103,131/, которая представляет собой зависимость предельного (до разрушения) числа циклов воздействий нагрузки от величины этой нагрузки (от максимальной нагрузки цикла или от амплитуды изменения нагрузки). Диску&онность линейной гипотезы вызывает предположение о независимости приращения повреждения, вызванного данной нагрузкой от предыстории нагружения. В /131/ отмечается, что в условиях нестационарного нагружения при случайном перемешивании нагрузок разной величины это предположение позволяет получать практически приемлемые результаты.
При организации технической эксплуатации пути преобладающие отказы пути и затраты на их устранение вызываются повреждениями рельсов, а также неравномерными остаточными осадками пути. В бесстыковом пути с железобетонными шпалами много усилий вызывают периодические подтягивания болтовых скреплений. Выше отмечался накапливающийся характер других лидирующих повреждений пути.
Расчетная модель состояния первоначально уложенной партии рельсов по одиночному изъятию рельсов, в которой используется линейная гипотеза накопления усталостных повреждений рельсов расе - 86 матривается ниже.
В данном подразделе рассматривается один вариант зависимости остаточных деформаций пути (остаточные осадки, смятие, износ, ослабление прикрепителей и др.) от величины и количества динамических нагрузок на путь. Как отмечалось выше, такие зависимости позволяют использовать известные расчеты динамических нагрузок от колес подвижного состава в расчетах количества неисправностей или отказов пути, а также объемов работ по их устранения. Они являются звеном, связывающим в практических расчетах теорию взаимодействия пути и подвижного состава и теорию старения пути.
Примем эту зависимость в виде QK = П V nk , (2.15) где m - показатель степени (const), nk - число действий нагрузки Р за данный срок службы, г\ - интенсивность накопления данного повреждения (определяется по справочникам или экспериментально).
Для вычисления накопленного повреждения за срок службы примем линейную гипотезу накопления (суммирования) повреждений. Как известно, эта гипотеза остается до настоящего времени единственным эффективным средством формализации процесса развития усталостных трещин - одного из наиболее известных повреждений накапливающегося характера. Тогда повреждение пути за данный срок службы можно вычислить по формуле р то у q =рГ n Рк" п, , (2.16) min где Ртах И Pmin соответственно, максимальное и минимальное - 87 значения динамической нагрузки от колеса в эксплуатации, Рк - динамическая нагрузка на путь от колеса. Число воздействий данной нагрузки за срок эксплуатации определяется по формуле nK= B(PK)N , (2.17) где N - общее число колес, прошедших по участку пути за срок службы с момента последнего ремонта. Это число в первом приближении можно найти, как частное от деления пропущенного тоннажа (Т) на среднюю осевую нагрузку на поездоучаотке (Рср ); В(Рк) - вероятность появления нагрузки Р в эксплуатационном спектре нагрузок на данном поездоучаотке. При замене непрерывной функции эксплуатационного распределения динамических нагрузок ступенчатой с шириной ступени ДР эта вероятность равна B(P)) = Г(Ри)AP . (2.18) Интенсивность повреждения п зависит только от конструкции верхнего строения пути. Она является случайной величиной, поскольку интенсивность накопления повреждений меняется по длине пути случайным образом даже для одной и той же конструкции пути и тех же условиях эксплуатации.
Исследование связи годового объема сплошной замены и годового количества одиночного изъятия рельсов на направлении
Верхнее строение главного пути железнодорожного направления (ВСП ЖН) является специфическим объектом исследования. Как отмечалось выше, ВСП ЖН более полно удовлетворяет признакам сложной системы в сравнении с однородным первоначально уложенным участком верхнего строения пути (ОУ ВСП). Этот объект имеет особые нормируемые показатели технического состояния (ТС), отличные от показателей ТС ОУ ВСП. Например, удельное годовое количество предупреждений об ограничении скорости движения (или отказов пути) на 100 км; удельное годовое количество одиночно изъятых рельсов в шт на Ю0км и т.п. Перечень и допускаемые значения этих показателей остаются до настоящего времени недостаточно определенными. Недостаточно исследована их взаимосвязь с допускаемыми критериями предельных предремонтных состояний ОУ ВСП.
Допускаемые показатели ТС ВСП ЖН устанавливаются из условий безопасности и бесперебойности движения и минимизации эксплуатационных расходов (в части, зависящей от пути) на данном направлении. Примеры подобного нормирования состояния технических средств транспорта приведены в работе /55 /.
Одной из особенностей ВСП ЖН, как отмечалось выше, является предопределенность среднегодового уровня объемов ремонтов пути (см. подраздел 1.4) при данных условиях эксплуатации и конструкции верхнего строения. За счет ремонтов пути показатели состояния ВСП ЖН могут поддерживаться на заданном уровне в течение всего периода эксплуатации данного направления. В этом - одно из отличий ВСП ЖН от ОУ ВСП. Показатели состояния ОУ ВСП зависят от срока служ - из бы.
Одним из важных вопросов управления состоянием ВСП ЖН является оценка связи асимптотического уровня годовых объемов ремонтов и отказов ВСП в пределах направления.
Расчетно-аналитическая модель состояния ВСП главных путей конкретного ЖН, позволяет определять как отказы, так и предельные состояния ВСП и является более сложной, чем модель состояния ОУ ВСП.
Для ВСП ЖН недостаточно отработанной остается технология оптимизации ежегодных планов ремонтов. Применение прогнозирующих моделей состояния, как по априорной, так и апостериорной (текущей) информации о поведении объекта, как рассмотрено выше, является одним из методологических требований оптимизации управления. В целом задача построения прогнозирующей модели состояния формулируется в теории управления /9/, как задача идентификации обслуживаемого объекта.
Минимальная длина главного пути отдельного железнодорожного направления (ЖН), верхнее строение которого удовлетворяет требованиям сложной системы, определяется из условия представительности выборки однородных участков ВСП. Ориентировочно эту протяженность ЖН, можно оценить следующим образом.
Из математической статистики /91/ известно, что гистограмма распределения представительной выборки случайной величины, должна состоять примерно из десяти разрядов значений случайной величины.
В каждый разряд должно попасть в среднем не менее десяти значений случайной величины. По результатам анализа, проведенного на Куйбышевской ж.д., средняя длина ОУ составляет около десяти километров. Тогда ориентировочно длина главного пути, исследуемого направления должна составлять около 1000км.
В качестве критерия достаточности объема статистической совокупности можно принять также признак стабилизации случайных колебаний статистических показателей системы относительно некоторого среднего (асимптотического) уровня при тех же эксплуатационных и конструкционных факторах.
Объективность природы стабилизации колебаний годового числа предельных состояний пути при постоянных прочих условиях отражена в формуле (1.2). Подчеркнем, что эта формула оценивает асимптотический уровень процесса восстановления, не исключая случайных отклонений по годам фактического годового числа километров с предельным состоянием ВСП от среднего уровня.
Для исследования в данной работе выбрано верхнее строение главных путей направления П-К. На данном направлении средняя грузонапряженность по двум главным путям направления за период 1978-1987 года изменялась незначительно и составила 95 млн ткм бр./км в год. Общая протяженность направления составляет около 1000км.
На главных путях уложен звеньевой путь с деревянными шпалами, щебеночным балластом с асбестовым покрытием. Доля рельсов разных типов, уложенных на направлении, составляла за рассмотренный период с 1978 по 1987 годы: Р65зак. - 58% и Р65 незак. - 9%. Р75 зак. - 12%, Р75 незак. - 21%. По каждому из главных путей это соотношение сохраняется.
Структура программного обеспечения АДП ВСП
На железных дорогах Западной Европы с 1983 года эксплуатируется автоматизированная система оценки состояния пути BMS /159/, в которой показатель качества положения рельсовой колеи по уровню принят за основной при планировании сплошной выправки и подбивки пути. СВПР назначается, когда этот показатель снизится на двадцать процентов (чем меньше показатель, тем хуже качество пути). При планировании по этому правилу ежегодно сплошной выправке и подбивке подвергаются около 20 процентов главных путей. Именно на такой годовой объем рассчитан парк выправочно-подбивочных машин.
УПНП является вероятностью неисправностей на данном км первоначально уложенного участка верхнего отроения пути в момент перед выполнением СВПР. ВСП ЖН представляет собой совокупность участков с разными сроками укладки и последними сроками СВПР и, очевидно, с разными на этот же момент УПНП.
Для определения наработки тоннажа, соответствующей тем или иным значениям УПНП, воспользуемся зависимостью, приведенной на рис. 3.16 и в таблице 2.1.
Как видно из рисунка и таблицы, нижнему пределу допускаемого значения УПНП (8,5%) соответствует пропущенный тоннаж, равный 150 млн т бр. Допускаемому значения УПНП, равному 20 процентам, соответствует наработка тоннажа, равная 260 млн т бр.
Используя в первом приближении эти значения наработки тоннажа в качестве средних, можно по формуле (1.2) определить при средней грузонапряженности, например, 80 млн ткм бр./км в год, что доля километров, подлежащих выправке, составит 0,53 при до - 155 пускаемом УПНП, равном 8.5% и 0.3 при допускаемом УПНП, равном 20 %. С увеличением грузонапряженности объем СВПР при той же конструкции ВСП будет возрастать, с уменьшением снижаться.
Эта доля является оценкой асимптотического уровня объема СВПР. Ежегодная фактическая потребность может в силу случайных обстоятельств существенно отличаться от средней в большую либо в меньшую сторону. Определить этот объем можно только по показателям состояния каждого километра пути на момент планирования.
Иное подтверждение рациональности 20-ти процентного допускаемого уровня УПНП можно получить, если воспользоваться отмеченным выше аналитическим методом взаимного пересчета УПНП, СКОУ и ОКО, который основан на достаточно обоснованном предположении о нормальном законе распределения параметров рельсовой колеи, дискретно измеренных вдоль пути.
Из зарубежной практики известно, что при статистической оценке состояния пути плохому состоянию пути, когда требуется СВПР, соответствует СКО положения головки рельсов одной рельсовой нити в профиле вдоль пути, равное 3,5мм /49/. По зависимости (2.11 ) можно определить, что этому значению СКО соответствует СКОУ, равное 5 мм. Интересно отметить, что если в выражение (3.3) подставить это значение СКОУ при допуске [ ]=+6мм, то полученному значению квантиля по таблицам будет соответствовать вероятность двустороннего выхода из поля допуска, равная 23 процентам. Это значение также близко к рекомендуемому в /118/ и уточненному выше для новых допусков. Подчеркнем, что допускаемое значение СКО, равное 3,5мм, установлено на западно-европейских дорогах, как критерий плохого состояния пути, при котором требуется сплошная выправка пути. На его основе получено еще одно свидетельство в - пользу рекомендуемых значений УПНП.
Зарубежная классификация состояния пути по СКО предусматривает при определенных его значениях ограничение максимальной скорости движения Автор /49/ анализируя большое число исследований пришел к выводу, что "стандартные отклонения, равные приблизительно 1мм характеризуют очень хорошее состояние пути, допускающее движение со скоростью 160км/ч и выше, тогда как отклонение свыше 3,5мм - плохое состояние пути, нарушающее плавность движения уже при ЮОкм/ч". Отсюда можно сделать вывод, что при УПНП, равном 20 процентам и более, скорость движения не должна превышать ЮОкм/ч (рис. 3.17).
При УПНП меньше 20 процентов скорость может превышать 100 км/ч до 160км/Ч. Для ддижения сс оскоостью 116км/ч и бболе УПНП не должно превышать, как показывают расчеты по рассмотренным правилам, один процент. Зависимость допускаемого УПНП от допускаемой скорости движения, построенная по этим данным, удобна для дифференциации допускаемого УПНП по скоростям.
Отметим, что зарубежная выправочно-подбивочная техника обеспечивает качество подбивки, при котором СКО равно 1мм и меньше. Качеству подбивки машинами отечественного изготовления соответствует СКО, равное 2мм /96/. УПНП при этом значении равно О,4 процента.