Delist.ru

Разработка и модернизация средств технического обслуживания железнодорожного пути (30.08.2007)

Автор: Сычев Вячеслав Петрович

Q (t) < q н , где t ( [ 0, Т н ],

где q н – предельно допустимая интенсивность отказов, соответствующая назначенному сроку службы Тн, в диапазоне которого СПС считаем работоспособной. Для каждой группы деталей и узлов определяем q1н , q2н ,q3н …… и Т 1н , Т 2н , Т 3н …….

Несмотря на то, что периодичность ремонтов путевой техники с точки зрения теории случайных процессов величина постоянная, межремонтный ресурс СПС хозяйства пути, тем не менее величина случайная, поскольку разброс показателей долговечности СПС определяется двумя факторами: разбросом показателей долговечности отдельных ее узлов и разбросом показателей долговечности одного и того же узла, но установленного на разных СПС. Для принятия решения о целесообразности проведения работ по продления срока полезного использования СПС в системе технического обслуживания железнодорожного пути рассчитывается прогнозируемый ресурс. В целом принимается, наработка на отказ СПС есть случайная функция во времени, которая согласуется с заданной периодичностью ремонтов СПС, а условия эксплуатации СПС в системе технического обслуживания железнодорожного пути относительно однородны, стационарны и поддаются воспроизведению. Для продления срока полезной эксплуатации СПС определяется вероятность Рр(t) того, что предельное состояние основных несущих элементов, не будет достигнуто на некотором отрезке [0, Т]. Прогнозируемый ресурс Т случайная величина с функцией распределения F (Т) и плотностью вероятности Р(Т), тогда фактический ресурс машины Тф будет:

Тф = Тн / (1- v j) ,

где j-односторонний квантиль нормального распределения для выбранной доверительной вероятности Р, v - коэффициент вариации ресурса.

Это наиболее простая модель прогноза, для которой был принят закон распределения наработки на отказ как нормальный закон распределения. Прогнозируемый ресурс СПС рассчитывался при Р= 0,95 , j - 1,645 и v = 0,15. Строго говоря, проведенная в результате исследования систематизация видов воздействия причин появления неисправностей и отказов узлов и деталей СПС в условиях их эксплуатации пути и на ее основе оценка функции распределения наработки до отказа не подтвердила нормальный закон распределения. Поэтому модель прогнозирования остаточного ресурса, основанная на принятом допущении о нормальном законе распределения наработки на отказ, может служить для оценки показателей, необходимых при формировании плана работ по продлению срока полезной эксплуатации СПС хозяйства пути. Для более точного прогноза остаточного ресурса СПС предлагаются другие методы. В частности, хорошую сходимость дает метод, основанный на выборе аналога СПС, показатели наработки на отказ аналога, подтверждены достоверной статистикой. Достоинство этого метода, успешно применяемого при прогнозировании остаточного ресурса грузовых вагонов в простоте использования. Принимается, что ресурс аналога Тфа равен ресурсу исследуемой СПС Тф и . В отличие от грузовых вагонов для СПС в системе технического обслуживания железнодорожного пути интенсивность эксплуатации Q определяется двумя показателями: выработка машины и ее пробег. Очевидно, что для хоппер-дозаторов, думпкаров, платформ основное влияние на интенсивность эксплуатации оказывает пробег, а для прочих путевых машин выработка, однако при определении значения Q учитываются оба показателя, но с разными весами. При такой методике прогнозное значение ресурса СПС определяется из решения системы уравнений:

где Тна и Три назначенный ресурс, соответственно аналога и исследуемой СПС.

Результаты расчетов прогнозируемого ресурса сведены в таблицу 2

Таблица 2 Сравнительные характеристики назначенного и прогнозируемого ресурсов СПС

Тип СПС, используемой в системе технического обслуживания железнодорожного пути

Ресурс СПС в годах

Назначенный Прогнозируемый

Платформы для перевозки ВСП и засорителей 32 42

Хоппер-дозатор типа ЦНИИ ДВЗ Рельсошлифовальные поезда типа РШП-48, РШП-16 25 33

Думпкары 22 29

Путевой струг, Снегоочиститель плужный типа СДПМ, Мотовоз типа МПТ-4, МПТ-6, Автомотриса грузовая с манипулятором типа АГД

Автомотриса служебная типа АС

Моторные платформы

Укладочные краны типа УК 25/9-18, УК 25СП

Электробалластер типа ЭЛБ

Моторный гайковерт типа ПМГ

Выправочно-подбивочно-рихтовочные машины (Дуоматик, ВПР-02, Унимат, ВПРС-03 и т.п.)

Динамический стабилизатор типа ДСП

Планировщик балласта типа РБ, ПБ

Кусторез типа СП-93

Поезд снегоуборочный типа СМ

Универсальный тяговый модуль

Путеремонтная летучка на базе автомобиля

Машина для нарезки и очистки кюветов

Машины для глубокой очистки балласта на пути и стрелочных переводах 10

В процессе исследований подтверждена медленная сходимость эмпирической зависимости интенсивности отказов к истинной интенсивности отказов СПС по причине того, что эксплуатация СПС в системе технического обслуживания железнодорожного пути осуществляется в условиях неопределенной априорной информации, вызванной большим количеством ограничений: различных климатических и географических условий, квалификации персонала, состояния железнодорожного пути, большого количества заменяемых в процессе эксплуатации деталей и узлов, сложности ремонта СПС, несоблюдением межремонтных сроков и т.п. Поэтому в главе обосновывается целесообразность применения непараметрического оценивания показателей надежности СПС, позволяющего при неизвестном виде закона распределения наработки до отказа получать непосредственную оценку показателей надежности СПС по выборочным данным о наработках СПС. Данные о наработках на отказ предлагается получать при проведении обследования, параметры распределений не вычисляем, а количественные показатели надежности СПС получаем из качественных описаний технического состояния СПС в системе технического обслуживания железнодорожного пути. При формировании выборки наработки на отказ из рассмотрения исключались события, которые являются нехарактерными для большинства случившихся отказов. Для каждого типа СПС на основе проведенной классификации отказов и предельных состояний были разработаны карты обследования технического состояния СПС, правила их заполнения, требования к средствам диагностики и методы проведения обследования, положенные в основу разработанных методик технического диагностирования СПС, утвержденных в МПС РФ и ОАО «РЖД». В методиках определен перечень основных узлов и деталей, подлежащих диагностированию (рамы, фермы, ходовых тележек, грузоподъемных механизмов), виды и способы заполнения дефектных ведомостей и карт осмотра, перечень необходимого диагностического оборудования, а также объем выборки для предварительных испытаний выбранных образцов СПС на остаточный ресурс, методики проведения испытаний на остаточный ресурс и т.п. Определяемый срок службы СПС при проведении ресурсных испытаний вычисляется по сумме накопления повреждений в расчетной сумме накопленных повреждений за один год. Поскольку наиболее узким местом при проведении работ при ремонте железнодорожного пути является проблема выгрузки и доставки балласта, осуществляемая хоппер-дозаторами моделей ЦНИИ ДВЗ, ЦНИИ ДВЗ М и 55-76 производство которых прекратилось в девяностых годах прошлого века, наибольший объем обследованных СПС пришелся на хоппер-дозаторы.

На дорогах сети ОАО «РЖД» находится в эксплуатации более 10 тысяч хоппер-дозаторов, при этом, как показал анализ, проведенный в первой главе, 80% из них выработали нормативный срок службы. Обследования, проводившиеся по разработанным методикам. Результаты обследования СПС в системе технического обслуживания железнодорожного пути, проведенные по всем дорогам сети, систематизированы и определена структура отказов основных несущих узлов СПС. В частности, отказы в работе хоппер-дозаторов, распределяются следующим образом: 55% дефекты, появившиеся из-за ошибок в эксплуатации при погрузки и выгрузки балласта (в основном дефекты кузова, бункера и разгрузочно-дозирующих устройств), 20% развитие трещин в хребтовой и шкворневой балках или местах их соединений, 15% чрезмерная коррозия основных узлов и деталей, 4% усталостные повреждения металла (ползучесть, текучесть)и 6% прочие отказы, как правило, связанные со скрытыми дефектами изготовления. Для каждой группы отказов определялась интенсивность отказов в зависимости от срока службы с учетом периодичности планово-предупредительных ремонтов и зависимость вероятности достижения предельного состояния от календарной продолжительности службы. Вероятность достижения предельного состояния СПС на в зависимости от календарного срока его службы примере хоппер-дозатора показана на рис. 4.

Рис. 4. Вероятность достижения предельного состояния СПС хозяйства пути в зависимости от срока его службы.

В процессе проведения обследования из расчета один хоппер-дозатор на 20-40 штук отбирались хоппер-дозаторы постройки с 1960 по 1973 годы, которым проводились испытания на остаточный ресурс по разработанным методикам. В процессе испытаний выявлены незначительные дефекты, не влияющие на появление предельных состояний, к числу наиболее часто встречающихся относятся, развитие изгиба косынок шкворневых стоек на 5-10 мм, увеличение вмятины ударной розетки на 1-2 мм и прочие, при этом напряжения в режиме соударения при нагружения хоппер-дозатора во всех точках, определяемых методикой, были ниже допускаемых.

Кроме хоппер-дозаторов обследованию подвергались также думпкары, снегоуборочные машины, дрезины ДГКу, автомотрисы, платформы. В целом процент выбракованных СПС незначителен и составляет не более 5%, остальным возможно продление срока полезного использования. Таким образом, подтверждена целесообразность проведения работ по продлению срока полезного использования СПС. Обоснована возможность разработки технических требований на капитально-восстановительный (капитальный с продлением срока полезного использования) СПС. На основании проведенной классификации дефектов, выбраны основные узлы, неработоспособное состояние которых угрожает безопасной эксплуатации СПС и разработаны технические требования на усиление базовых элементов и узлов СПС. На основе этих требований разработана проектно-конструкторская документация на капитально-восстановительный (капитальный ремонт с продлением срока полезного использования) специального подвижного состава хозяйства пути, в частности, хоппер-дозаторов, думпкаров, платформ, используемых в хозяйстве пути, а также ДГКу, СМ и т.д. (в дальнейшем КВР). Проекты внедрены на ремонтных предприятиях МПС РФ, впоследствии ОАО «РЖД»,

Оценка экономической эффективности целесообразности проведения работ по модернизации СПС хозяйства пути с целью продления сроков полезного использования осуществлялась в соответствии с Методическими рекомендациями по оценке эффективности инвестиционных проектов, утвержденными Минэкономоразвиития, Минфином и Госстроем России 21.06.1999 г. за № ВК 477. Рассматривалось два варианта пополнения парка СПС: первый, при котором существующий тип СПС с истекшим сроком службы списывается, а взамен приобретается новый, второй, по которому СПС проводится модернизация и срок полезного использования продлевается на 10 лет. Оценка предстоящих результатов осуществлялась в пределах расчетного периода, продолжительность которого принималась равной нормативному сроку службы СПС (см. табл.2). Поскольку основным показателем оценки общей экономической эффективности мероприятий на железнодорожном транспорте является дисконтированный доход, то приведение разновременных результатов и затрат к начальному моменту времени осуществлялось с помощью коэффициентов приведения при норме дисконта, рекомендуемой для железнодорожного транспорта, а именно- 0,1. Интегральный эффект определялся как сумма эффектов за весь расчетный период, приведенный к начальному шагу или как превышение интегральных результатов над интегральными затратами. В частности, для хоппер-дозаторов, расчеты показали экономическую целесообразность проведения их модернизации без принципиального изменения конструктивных особенностей, в основном за счет усиления базовых узлов хоппер-дозатора. В этом случае разность приведенных расходов с учетом дисконтирования составила более чем плюс 20% от стоимости нового СПС. Однако разность приведенных расходов с учетом дисконтирования между вариантом проведения модернизации с изменением конструкции СПС и наделению ее новыми функциональными возможностями и изготовлением нового СПС с теми же функциональными возможностями составила минус 15% от стоимости нового, что подтверждает целесообразность разработки новых СПС с расширенными функциональными возможностями.

В четвертой главе на основе принципа композиционного проектирования разрабатывается комплекс технических средств и определяемых этими средствами технологий ремонта железнодорожного пути в системе его технического обслуживания. В основе организации технического обслуживания железнодорожного пути лежат работы по текущему содержанию пути, одним из основных видов этих работ является выправка и подъемка пути. Критериями назначения выправки пути служат отклонения от норм по данным путеизмерительного вагона (по уровню, отводам возвышения наружных нитей в местах сопряжения прямых с кривыми, местным просадкам), а также по результатам визуального осмотра. В главе разрабатывается механизированная и автоматизированная технология работ по текущему содержанию пути, основанная на применение моделей оценки состояния пути теоретически обоснованных в главе 2 с расчетом объема работ по выправке, рихтовке и подбивке пути и определением мест локальных неисправностей и объема подсыпаемого в эти места балласта. Блок схема автоматизированной технологи работ по текущему содержанию пути представлена на рис.5.

Рис.5.Блок схема автоматизированной и машинизированной технологии основных работ по текущему содержанию пути

Для реализации этой технологии требуется создание новых технических средств. Типовые технологические процессы ремонта и текущего содержания пути ориентированы на использование эксплуатаирующихся СПС старых моделей, в частности, хоппер-дозаторов моделей типа ЦНИИ ДВЗ и 55-76 постройки прошлого века. Анализ результатов эксплуатации этих хопперов выявил следующие основные недостатки их конструкции: перед препятствием (мост, стрелка, высокие пассажирские платформы) дозатор дожжен быть поднят, поэтому хоппер-дозатор выгружают полностью, независимо от потребности, определяемой технологий работы, том числе на обочину, а затем дозатор приводят в транспортное положение и продолжают движение. При работе на стрелочных переводах отметку выгрузки балласта устанавливают исходя из гарантированного прохода дозатора над контрельсом, а не из технологии работ, при этом вагон вынуждено грузят наполовину, так как при ремонте стрелки, балласта требуется меньше, чем объем кузова хоппер-дозатора ЦНИИ ДВЗ и 55-76. Эти и другие выявленные в процессе анализа недостатки конструкции приводят к неоправданному расходу балласта и последующей уборке его вручную, к длительному закрытию перегона, к необходимости подсыпать балласт в места локальных вырезок вручную, то есть к невозможности реализации предложенной автоматизированной технологии текущего содержания пути. Поэтому было принято решение о создании нового хоппер-дозатора, позволяющего решить проблему автоматизации и механизации технологии текущего содержания пути. Были разработаны технические требования к новому хоппер-дозатору, его принципиальное отличие от предыдущих моделей состоит в оригинальной конструкции, основанной на способе непрерывного прерывания потока балласта с любой скоростью. Это позволяет за счет скорости поворота крышек разгрузочных люков бункера, регулировать объем поступающего на путь балласта. Обоснована необходимость создания универсального хоппер-дозатора, пригодного для строительства, капитального ремонта, текущего содержания пути и доставки балласта на базы ПМС и на основе технических требований к новому хоппер-дозатору разработана конструкторская документация, по которой был изготовлен опытный образец.Прочностные расчеты конструкции хоппер-дозатора проводились по типовым нормам для расчета на прочность новых и модернизированных вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм. Отдельно проводились расчеты на прочность крышек разгрузочных механизмов. По разработанной методике испытаний в испытательном центре ФГУП ВНИИЖТ на аккредитованном в РС ФЖТ испытательном оборудовании были проведены испытания опытных образцов хоппер-дозатора. Подтверждено, что прочность основных несущих элементов конструкции хоппера дозатора по условию не превышения предела текучести обеспечена. Комиссией МПС хоппер-дозатор был принят в серийную эксплуатацию и с 2001 года поставляется на железные дороги РФ (модель ВПМ- 770). Кроме подсыпки балласта при текущем содержании выполняются и другие работы. Поэтому были разработаны: устройство для смены шпал, типажный ряд гидравлического инструмента, суть которого в применении модульного принципа построения конструкции. Инструмент состоит из двух узлов: базовый узел - гидропривод, выполненный в виде насосной группы с цилиндром, и набор вторых съемных узлов, соединяемых с гидроприводом, и ориентированных на конкретные виды работ по текущему содержанию пути, в частности: опорные плиты (домкраты, рихтовщики и т.п.), специальные захваты (разгонщики и другие).

По разработанной и утвержденной методике эксплуатационных испытаний обобщен опыт работы хоппер-дозаторов ВПМ -770 при капитальных ремонтах, текущем содержании пути на перегоне, станциях и сортировочных горках, смене стрелочных переводов. При смене стрелочных переводов разгрузка хоппер-дозатора производилась на отметке +150. При ремонте сортировочных горок –10, а при работе на перегоне на всех отметках в зависимости от профиля пути. При капитальном ремонте на перегоне в условиях Северной ж.д. в вертушку были поставлены хоппер-дозаторы старых моделей (55-76, ЦНИИ ДВЗ М) с продленным после КВР(см.гл.3) сроком службы и новой модели ВПМ-770 производства разных заводов. Проведена, в том числе оценка качества изготовления новых моделей и работ по модернизации старых хоппер-дозаторов различными заводами. Результатом проведенных исследований работы явилась разработка рекомендаций по устранению конструктивных и технологических недостатков изготовления хоппер-дозаторов, обоснование требований к модельному ряду хоппер-дозаторов нового поколения. Проведенная классификация работ с балластными материалами позволила выделить три основных вида работ, при выполнении которых используется хоппер-дозатор: доставка к месту работ; укладка балласта в путь; распределение балласта на пути. Универсальный хоппер-дозатор ВПМ-770 позволяет выполнять все виды работ. Однако как показал проведенный анализ результатов его эксплуатации, а также анализ зарубежного опыта (см.гл.1) более эффективно разрабатывать технические средства под конкретные технологии путевых работ. На основе проведенных исследований разработаны технические требования к модельному ряду хоппер-дозаторов нового поколения. Для доставки балласта на базы ПМС предложена модификации хоппер-дозатора ВПМ-770 Т, которая может быть также использована при капитальном ремонте и строительстве железнодорожного пути. Модификация хоппер-дозатора ВПМ-770 М направлена на упрощение конструкции базовой модели ВПМ-770 и повышение скорости выгрузки балласта в зимний период, в том числе за счет расширение проемов разгрузочных люков бункера. В соответствии с техническими требованиями на создание модельного ряда нового поколения хоппер-дозаторов разработка модификации универсального хоппер-дозатора проводилась внесением в конструкцию универсального хоппер-дозатора ВПМ-770 следующих дополнений. Модификации хоппер-дозатора, ориентированные на доставку балласта имеют съемный дозатор, а проемы разгрузочных люков расширены в полтора раза по сравнению с базовой моделью и старыми моделями ЦНИИ ДВЗ и 55-76, что делает эту модификацию хоппер-дозаторов дешевле базовой на 7-10% и упрощает выгрузку смерзшегося балласта в зимний период. Модернизация ВПМ-770, направленная на повышение эффективности использования хоппер-дозатора ВПМ-770 при текущем содержании пути, заключается в том, что к хоппер-дозатору частично добавляются функции планировщика балласта, в частности, на дозатор навешивается плужки и щетки, а в рабочем положении дозатор устанавливается на катки, катящиеся по рельсам, позволяющие опустить его на минимальную отметку и затем очищать шпалы от балласта. К дозатору крепятся ограничительные экраны, верхние кромки которых находятся выше нижних кромок проема разгрузочного люка, как в транспортном, так и рабочем положении дозатора, а нижние кромки ограничительных экранов находятся в одной плоскости с нижней плоскостью поперечной балки дозатора. При опускании дозатора в рабочее положение, ограничительные экраны не выходят за пределы стен бункера, образуя общий с ним ящик без дна. Поворачивая крышку разгрузочного люка за вал, происходит совмещение разгрузочного проема крышки с разгрузочным проемом бункера и балласт, выгружаясь в ящик, ограниченный со всех сторон экранами, попадает на путевую решетку. Такой способ разгрузки балласта позволяет производить его локальную (точечную) укладку на путевую решетку в соответствующую зону выгрузки, а также обеспечивает экологически чистый способ выгрузки балласта при производстве работ, что особенно важно на станционных путях. Модульный принцип построения конструкции СПС хозяйства пути был реализован созданием платформы для перевозки материалов и оборудования при ремонтах железнодорожного пути. Разработка и серийное внедрение платформы ПМ-820 осуществлялось на основе исследований проведенных при создании хоппер-дозатора ВПМ-770. Отличительная особенность платформы, установка на нее съемного оборудования, позволяющая применять ее под конкретные технологии ремонтов пути. В частности, платформа устанавливается в составах для засорителей, составах для перевозки рельсовых плетей, для перевозки колесных пар и т.д. Под машинизированную технологию текущего содержания пути разработаны съемные модули (модель МДН-810), позволяющие осуществлять точечную подсыпку минимального объема балласта в места локальных вырезок. Схемы выгрузки хоппер-дозаторами модели ВПМ-770 и модуля МДН-810 приведены на рис.6.

загрузка...