Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Мониторинг состояния пути, существующие средства оценки состояния пути 8
1.1 Деформативность и стабильность пути 8
1.2 Мониторинг состояния пути и определение потребности в ремонтных работах : 14
1.2.1 Средства путеизмерения и технологии их применения (отечест венный и зарубежный опыт) 24
1.3 Совершенствование методов оценки состояния геометрии рельсовой колеи 32
1.3.1 Оценка геометрических параметров пути методами математи ческой статистики 37
Выводы по главе 1 40
ГЛАВА 2. Методика выявления нестабильных участков пути и прогнозирование их состояния 41
2.1 Обзор исследований по выявлению нестабильных участков 41 }
2.2 Методика выявления нестабильных во времени участков пути 48
2.2.1 Порядок расчета показателя роста количества отступлений кп .55
2.2.2 Порядок расчета среднего значения модулей приращений А 57
2.2.3 Порядок расчета СКО модулей приращений сгА 61
2.2.4 Порядок расчета показателя нестабильности д 62
2.3 Прогнозирование изменения показателей стабильности состояния геометрии рельсовой колеи 68
Выводы по главе 2 76
ГЛАВА 3. Оценка состояния пути с учетом побсазателеи стабильности и планирование путевых работ 77
3.1 Техническое обслуживание пути и планирование путевых работ (обзор) 77
3.2 Практическое использование методики выявления нестабильных во времени участков пути на Юго-Восточной железной дороге 89
3.3 Влияние ШТР на показатели стабильности 108
Выводы по главе 3 111
ГЛАВА 4. Технико-экономическая оценка эффективности разработанной методики 112
4.1 Технико-экономическое обоснование проведения предупредительных мер по устранению отдельных отступлений 113
4.2 Определение затрат на содержание исследуемого километра по варианту 118
4.2.1 Определение затрат на проведение работ по устранению отдельных отступлений 118
4.2.2 Определение затрат на текущее содержание одного километра пути в период (2007-2010 г.г.) после проведения предупреди тельных мер 118
4.3 Определение затрат на содержание исследуемого километра по в арианту 123
4.3.1 Определение затрат на текущее содержание одного километра пути в период (2007-2009 г.г.) до проведения ППВ комплексом машин 123
4.3.2 Определение затрат на выполнение ППВ комплексом мапшн 126
4.3.3 Определение затрат связанных с текущем содержанием исследуемого километра в период 2010 г. после ППВ 131
Выводы по главе 4 132
Заключение 133
Список используемой литературы
- Средства путеизмерения и технологии их применения (отечест венный и зарубежный опыт)
- Методика выявления нестабильных во времени участков пути
- Практическое использование методики выявления нестабильных во времени участков пути на Юго-Восточной железной дороге
- Определение затрат на проведение работ по устранению отдельных отступлений
Введение к работе
В апреле 2001 г. на заседании коллегии МПС России была принята программа реформирования путевого хозяйства. Основными задачами реформирования путевого хозяйства являлось:
• усиление централизации руководства;
• ликвидация лишних звеньев управления на предприятиях эксплуатации средств механизации путевых работ;
• расширение зон обслуживания предприятий и их низовых подразделений;
• повышение уровня планирования и рационального использования ресурсов;
• улучшения системы контроля и повышение надежности работы путевого комплекса. [64].
В апреле 2002г. при подведены первых итогов выполнения Программы на заседании коллегии МПС было отмечено, что «одной из главных задач успешного продолжения реформы является реструктуризация путевого хозяйства»: [106].
Реструктуризация должна позволить изменить структуру путейских подразделений и функции выполняемые ими. Если дистанция пути будет заменена дирекциями по текущему содержанию, то за ними возможно оставить только контрольные функции, что ведет к изменению контингента, состава выполняемых работ и системы их организации.
Для оптимизации расходов путевого хозяйства на магистральных направлениях необходимы: пересмотры нормативов содержания и ремонта пути, условий работы всех предприятий хозяйства, реформирование организационных структур, использование ресурсосберегающих технологий.
Интенсивность использования ж.д. пути зависит от эксплуатационных факторов: грузонапряженности, весов поездов, осевых нагрузок, скоростей движения, а также от климатических, региональных и многих других условий.
Развитие и совершенствование сложного комплекса путевого хозяйства основывается на внедрении современных достижений науки и техники, а таюке использовании опыта лучших путейских коллективов [93].
В соответствии с принятым «Положением о системе ведения путевого хозяйства на ж.д. Российской Федерации» [104] рекомендуется производить содержание пути при оптимальных затратах труда. Затраты труда на текущее содержание требуется связать с состоянием пути, интенсивностью накопления расстройств рельсовой колеи, эксплутационными, технико-экономическими и др. факторами.
Учитывая ограниченность ресурсной базы в условиях реформирования путевого хозяйства, руководитель любого уровня должен находить оптимальное решение следующих задач:
• состав, вид и объем путевых работ;
• планирования очередности и сроков выполнения;
• распределение всех видов ресурсов.
В основе организации технического обслуживания пути должен лежать мониторинг его состояния, для чего необходимо:
• построение моделей расстройства пути на макроуровне для конкретных участков;
• уточнения потребных сроков проверки пути, с учетом интенсивности расстройства рельсовой колеи;
• совершенствования методики определения потребной численности производственного персонала;
• определение рационального соотношения объемов работ при текущем содержании и ремонтах пути;
• уточнение состава работ по техническому использованию пути.
В нормативной документации в последнее время часто применяются термины «стабильность состояния пути», «стабильность показателей геометрии рельсовой колеи», однако общего формализованного технического описания этих понятий не приводится. «Стабильный - устойчивый, постоянный; стабилизироваться - перейти в устойчивое, постоянное положение» [137]. Эти цитаты приводящиеся в энциклопедическом словаре можно попробовать применить для формулировки состояния пути. Стабильный участок пути -участок пути находящийся в устойчивом, постоянном положении, состоянии. Таким образом, стабильным километром можно назвать километр имеющий постоянные характеристики на протяжении заданного периода времени. Это означает, что уровень расстройств пути под внешними воздействиями и уровень затрат по техническому обслуживанию пути соответствуют друг другу, в противном случае начнется процесс расстройства пути, поэтому показатели стабильности, в частности, геометрии рельсовой колеи могут служить исходной информацией для принятия решений по стратегии и тактике технического обслуживания пути. Поэтому - необходимо изучение процесса динамики развития расстройств пути - это обязательное условие для нормальной работы системы управления путевым хозяйством в современных условиях. Важным элементом этой системы является и оценка стабильности характеристик геометрии рельсовой колеи. Это требует разработки методики оценки соответствующих показателей и их формализации.
В данной диссертационной работе ставится задача разработки методики выявления нестабильных по показателям геометрии рельсовой колеи участков пути и прогнозирование их состояния.
Структура работы представлена следующей схемой:
Средства путеизмерения и технологии их применения (отечест венный и зарубежный опыт)
Известно, что с 1995 года на железных дорогах России введена новая система ведения путевого хозяйства. С этого момента вопрос совершенствования функциональных возможностей средств диагностики пути стал более актуальным. Функции средств диагностики, в современных условиях работы железной дороги, должны быть существенно расширены. Рациональное распределение функций между различными средствами измерений чрезвычайно важно, исходя из набора контролируемых параметров, необходимого уровня точности и стабильности измерений, периодичности контроля и стоимости их изготовления и эксплуатации. При этом функции измерений пути должны обеспечивать выполнение всех задач мониторинга пути. Д.т.н. Каменский В.Б. считает: «для решения этих задач необходима оптимизация технологий использования существующих и разрабатываемых путезмерительных средств и их взаимодействие с другими средствами».
По его мнению путеизмерительные средства по своему назначению разделяются на две группы: локального и сплошного контроля пути.
К средствам локального контроля относятся средства первичных измерений параметров пути и его контролируемых элементов. Это путевые шаблоны, измерительные тележки, приборы для определения размеров рельсов и металлических частей стрелочных переводов, их износов и т.п.
Сплошной контроль осуществляется вагонами — путеизмерителями и автомотрисами. Они являются средствами вторичного контроля геометрических параметров пути. Эти группы должны обеспечивать создание единого банка данных, что позволит перейти к решению задач мониторинга пути и возможности обработки его с помощью ЭВМ на различных уровнях управления путевым хозяйством. Поэтому необходимо оснащение околотков или участков дистанции пути компьютерами, и соответствующая подготовка персонала, а также развертывание сети сервисного обслуживания указанного оборудования.
При сплошном контроле путеизмерительными средствами Каменский В.Б. предлагает исходить из следующих принципов: распределение функций в зависимости от условных задач контроля; выбор и группировка аппаратуры в увязке с необходимой периодичностью проверок различных геометрических параметров пути; осуществление обработки результатов измерений, непосредственно связанных с обеспечением безопасности движения, в реальном масштабе времени и регистрацией всех данных, получаемых в процессе проверки, с возможностью их дальнейшей обработки на борту вагона или передачи непосредственно пользователям; создание единых баз данных и результатов обработки измерений и систем управления этими базами.
Целевые задачи локального контроля с помощью путеизмерительных средств: оперативный контроль геометрических параметров пути, непосредственно влияющих на безопасность движения поездов; оценка состояния пути, включая отклонения от проектных параметров его устройства; оценка уровня содержания пути по установленным геометрическим параметрам.
Департаментом пути были установлены отклонения, по которым должен осуществляться оперативный контроль состояния пути. Периодичность оперативного контроля зависит от уровня его стабильности пути. Если развитие неисправностей происходит за короткий период, то необходимо ограничивать скорость движения поездов до выполнения оздоровительных работ. При развитии неисправностей за короткий период в отдельных местах более рациональным является увеличение частоты проверок локальными средствами.
По мнению Каменского В.Б. оперативный контроль целесообразно осуществлять одновременно с визуальным осмотром пути при участии бригадиров пути и дорожных мастеров со скоростью 40-60 км/ч. и использованием технологических «окон» на участках с интенсивным движением поездов, при этом наряду с аппаратурой, которая обеспечивает оперативный контроль и оценку содержания пути необходимо оборудование, позволяющее контролировать отклонения положения пути в плане и профиле от проектного положения или нормативов его устройства. На таком средстве можно устанавливать оборудование, которое позволит измерить вертикальный и боковой износ головки рельса, неровности на поверхности катания, величину стыковых зазоров и температуры рельсов, угон пути, ускорения на буксах и в кузове. В перспективе возможна установка специально ориентированных видеокамер с разработкой программы по распознанию образов и выдачи в цифровом виде части информации, которую сегодня получают в процессе визуального контроля пути.
Методика выявления нестабильных во времени участков пути
Как было сказано выше, существующие методы оценки состояния ГРК являются статичными, т.е. характеризующими состояние пути на момент проверки. Однако, с точки зрения ведения путевого хозяйства, необходим переход к оценке стабильности характеристик ГРК во времени.
По сути стабильное состояние пути имеет место в том случае, когда объем отступлений, устраняемых в ходе технического обслуживания пути, соответствует объему прироста отступлений.
Стабильность геометрии рельсовой колеи может быть оценена двумя группами показателей: тенденцией изменения количества отступлений во времени за заданный расчетный период (год или несколько лет); статистическими оценками результатов смежных во времени промеров, характеризующими степень их постоянства.
В данной диссертационной работе предлагается разработанная и апробированная методика выявления нестабильных во времени по показателям состояния ГРК участков пути.
Методика основана на регистрации изменения характеристик состояния геометрии рельсовой колеи. С помощью методов математической статистики и теории вероятностей были разработаны показатели изменения характеристик состояния ГРК.
Исходным материалом для методики являются данные с вагонов-путеизмерителей (количества отступлений 2, 3, 4, степени) за установленный период времени. Участком пути подлежащего наблюдению и оценке показания стабильности предлагается считать километр. Это решение принято ввиду того, что оценка состояния (ГРК) вагоном-путеизмерителем ведется на каждый километр, хотя в дальнейшем можно перейти и на пикет.
Контролируемые показатели оценки состояния стабильности (ГРК) предлагается разделить на три группы: 1. Отступления ГРК в вертикальной плоскости (просадки, перекосы, отступления по уровню); 2: Отступления по положению рельсовых нитей в плане (рихтовка); 3. Отступления по ширине колеи (уширения, сужения).
Такое распределение отступлений по группам сделано для конкретизации назначения планово-предупредительных работ. Таким образом данные с вагонов-путеизмерителей (сумма количества отступлений 2, 3, 4 степени) за месяц формируются по группам в течении одного года.
В основу методики положено: тенденция изменения количества отступлений во времени, выражаемая зависимостью изменения количества отступлений от пропущенного тоннажа за заданный расчетный период (год или несколько лет) статистический анализ смежных во времени промеров (помесячных приращений количества отступлений), характеризуемый тремя параметрами: 1. Средней величиной помесячных приращений А; 2. Среднеквадратическим отклонением помесячных приращений 3. Тенденцией изменения количества приращений во времени kh. Анализ стабильности характеристик геометрии рельсовой колеи выполняется путем пошагового распределения километров по каждому показателю.
Более подробное выявление нестабильных во времени километров представлено в блок-схеме анализа стабильности на рисунке (2.1).
Статистическими оценками результатов смежных во времени промеров, характеризующими степень стабильности ГРК являются: - Средняя величина (Л) модулей приращений (Д, ) помесячного количества отступлений за рассматриваемый период. Чем меньше различия в смежных значениях, тем стабильнее путь; Физический смысл данного показателя заключается в том, что он дает численную характеристику изменения количества отступлений на километре за период времени (пропущенный тоннаж) независимо от среднемесячного ает количества отступлений. Другими словами, этот показатель дает статистическую оценку независимо от того, как оценивался километр за период времени (отличный или удовлетворительный). Чем больше разница в количествах отступлений, тем больше значение Д (рисунок 2.3).
Среднеквадратическое отклонение модулей приращений помесячного количества отступлений за рассматриваемый период.
По определению величина СКО характеризует степень разброса измеряемых величин за рассматриваемый период. Другими словами аА характеризует постоянство разницы количества отступлений за рассматриваемый период.
Практическое использование методики выявления нестабильных во времени участков пути на Юго-Восточной железной дороге
В результате расчетов по этой методике для различных условий эксплуатации рекомендовано при грузонапряженности Г = 25 млн. ткм/км в год делать выправку после пропуска 30-50 млн. т, при Г = 50 млн. ткм/км в год -после 40-70 млн. т и при Г = 100 млн. ткм/км в год - после 50-100 млн. т.
Критерием оптимальности предложен минимум суммарных затрат неотложные (WIjp) и планово-предупредительные (Wnp) работы. WHp+Wnp- rmn (Ъ.\2) B.C. Лысюк [75] указывал, что зависимость относительной интенсивности увеличения остаточных деформаций пути от напряжений в балласте носит квадратичный характер.
В работах [21, 22] М.Ф. Вериго и B.C. Лысюком было предложено оценивать допускаемое силовое воздействие от подвижного состава на путь не только из предельного напряженного состояния или разовых допускаемых напряжений, но использовать в качестве основного критерия допустимую интенсивность накопления повреждений основных несущих элементов пути (рельсов, шпал, балласта, земляного полотна).
Н.И. Коваленко [56] показал, что на участках с грузонапряженностью более 100 млн. ткм брутто/км с незначительным количеством кривых радиусом более 1000 м периодичность ремонтов определяется накоплением остаточных деформаций в балластном слое, которые вызывают необходимость выдачи все возрастающего количества длительных ограничений скорости. На этих участках целесообразно назначать капитальный ремонт после пропуска 700 млн. т брутто.
В.Ф. Барабошин установил [9], что интенсивность накопления остаточных деформаций во многом определяется вибрационными ускорениями в балласте. Им предложен ряд мер по виброзащите балластного слоя, позволяющей существенно снизить эти ускорения.
По исследованиям С.Н. Попова [101], можно рассматривать 4 периода работы балластного слоя: 1 - период стабилизации; 2 - период нормальной работы; 3 - период роста накоплений остаточных деформаций перед ремонтом балластного слоя; 4 - период работы балластного слоя при невыполнении ремонтов в установленный срок; при грузонапряженности 30-40 млн. т продолжительность каждого периода около года. В первый период накопление остаточных деформаций описывается выражением h=a Qit мм, (3.13) где а - постоянный коэффициент; Qi - прошедший тоннаж в млн. т брутто после ремонта пути; к - показатель степени (к 1), зависящий от типа верхнего строения пути, рода балласта и его физико-механических свойств, а также от толщины балластного слоя.
Накопление деформаций во второй период описывается выражением M2=b-Q2 (3.14) где b - тангенс угла наклона прямой накопления остаточных деформаций к исходной профильной линии, зависящий от тех же данных, что и показатель степени для периода 1; Q2 - тоннаж, прошедший после первого периода В третий период где a - постоянный коэффициент; Оз - тоннаж, прошедший после П периода; к - показатель степени (к 1).
По исследованиям отделения путевого хозяйства ВНИИЖТа [102], «в связи с увеличением напряжений и деформаций в балластном слое на пути с железобетонными шпалами толщина щебеночного слоя, а также общая толщина балластного слоя увеличены на 5 см по сравнению с толщиной балластного слоя на пути с деревянными шпалами. Установлено, что толщина щебеночного слоя должна быть дифференцирована в зависимости от качества материала подушки. При существующих нагрузках на оси (20,5-21 т.) подвижного состава и скоростях движения до 100 км/ч устойчивость пути без деформаций балластного слоя обеспечивается при толщине щебеночного слоя под шпалой, равной 25 см. Наибольшие напряжения на этой глубине не превышают 1,3 кг/см и, как показывают наблюдения, деформаций в месте контакта щебня с песчаной подушкой не было.
Если же скорости движения превышают 100 км/ч, то напряжения в месте контакта щебня с подушкой будут больше, и они могут вызвать деформации в балластном слое. Поэтому для таких линий рекомендовано увеличить толщину балластного слоя на 5-10 см». В связи с имевшим место в последние годы повышением осевых нагрузок у вагонов почти до 26 т/ось повышение интенсивности осадок балласта и ухудшение в связи с этим состояния пути являются вполне объяснимыми.
А.И. Гасанов [27] указывает, что между объемом выправочных работ по (уровню) и величиной вертикальной остаточной осадки пути существует устойчивая связь, В основу анализа была положена методика [103]. Суть ее составляет процедура суммирования отдельных воздействий на балласт с учетом вероятности их появления, и по своей сущности представляет собой процедуру вычисления математического ожидания (осадки) как функции случайного аргумента напряжения под шпалой.
Определение затрат на проведение работ по устранению отдельных отступлений
Графическое выражение, характеризующее результаты апробирования методики, приведенных в таблицах 3.3-3.8, представлено на рисунках 3.3-3.4.
На рисунке 3.3 изображено - какое количество километров получило нестабильную оценку по отступлениям в вертикальной плоскости за 2004-2006 г.г. наблюдения. Также на рисунке 3.3 представлено количество километров получивших нестабильную оценку два и три года подряд. Также представлено количество километров у которых показатели стабильности повторились с увеличением т.е. если предыдущий год исследуемый километр получил индекс стабильности 3.1, то последующий 2.1. Это означает, что на данном километре за последующий год наблюдения увеличилось нарастание количества отступлений, а значит необходимо принимать предупредительные меры по прекращению нарастания количества отступлений.
Аналогично рисунку 3.3 на рисунке 3.4 представлены результаты по отступлениям в плане. Для более детального выражения (рис 3.3 и 3.4), на рисунках 3.5 и 3.6 представлен общий перечень километров получивших нестабильную оценку по индексу стабильности. Из рисунка 3.5 видно, что в 2005 году нестабильную оценку по индексу стабильности получили 111 километров (30+51+30). Причем у 30 из них наблюдалось увеличение прироста среднемесячного количества отступлений. У 51 километра показатели индекса стабильности остались неизменными. А у 30 километров значение показателя индекса стабильности увеличилось (например: перешло из 2Л в 3.1, из второй в третью очередь), а значит среднемесячный прирост количества отступлений в последующем году уменьшился по сравнению с предыдущем годом. Также на рисунке 3.4 видно, что 35 километрам из 330 (10%), была присвоена нестабильная оценка по индексу стабильности в течении трех лет подряд, причем у 11 из них наблюдалось ежегодное уменьшение индекса стабильности (переход от четвертой к третьей очереди, от третьей ко второй и т.д.), а значит увеличение количества отступлений и размаха амплитуд смежных промеров.
Из рисунка 3.6 видно, что в 2005 году нестабильную оценку по индексу стабильности получили 75 километров. Причем у 24 из них наблюдалось уменьшение индекса стабильности - увеличение нарастание среднемесячного количества отступлений. У 26 километров показатели индекса стабильности остались неизменными. А у 25 километров показатель индекса стабильности увеличился по сравнению с 2004 годом, а значит прирост количества ЧІ отступлений в среднем уменьшился. Также на рисунке 3.6 видно, что 27 километрам из 253 (11%), была присвоена нестабильная оценка по индексу стабильности в течении трех лет подряд, причем у 9 из них наблюдалось ежегодное уменьшение индекса стабильности, а значит увеличение прироста среднемесячного количества отступлений и размаха амплитуд смежных промеров.
Изложенные выше результаты апробации методики по данным Юго-Восточной железной дороги, дали перечень километров получивших ту или иную оценку стабильности характеристик состояния ГРК. Однако, важным вопросом является не только обнаружение нестабильного участка пути (километра), но и какие работы необходимо произвести для устранения неисправности. В данной диссертационной работе предлагается проанализировать влияние проведенных планово-предупредительных работ (ППР) на оценку стабильности пути в рамках Юго-Восточной железной дороги.
Для того, чтобы определить, как повлияли ППР на индекс стабильности, на рисунках 3.7 и 3.8 представлен перечень километров на которых были произведены ППР после получения нестабильной оценки по индексу стабильности в предыдущем году.
Из рисунка 3.7 видно, что из 49 километров (оцененных как нестабильные) в предыдущем году, после проведения планово предупредительных работ 27 километров были оценены как стабильные. Оставшиеся 22 километра были оценены как нестабильные. Причем у 7 из них наблюдалось уменьшение значения индекса стабильности, а значит увеличение прироста среднемесячного количества отступлений и размаха амплитуд смежных промеров. У 6 километров показатели индекса стабильности остались неизменными. А у 9 километров индекс стабильности увеличился, а значит среднемесячный прирост количества отступлений и размах амплитуд смежных промеров уменьшились по сравнению с предыдущем годом.
