3016

Сборник научных статей аспирантов и аспирантов-стажеров

каждого дефекта, а также их количество по достижению определенного количества тоннажа, определялось среднее количество дефектов на 1 км пути.

Всего было составлено 14 таблиц, как пример в табл. 2 показаны данные для одного из таких участков. На основе анализа составленных таблиц были выявлены основные причины отказов рельсов на участках Транссибирской магистрали и составлено процентное соотношение всех дефектов, проявивших себя на данных участках, оно представлено на рис. 3.

17,76 %

46,31 %

20,45 %

9,94 %

Рис. 3. Процентное соотношение дефектов рельсов

Суммарная длина рассматриваемых участков первого пути Чулымской дистанции пути составляет 91 км. На участках первого пути Барабинской дистанции, суммарная длина участков составляет 95 км.

Подавляющая доля дефектов рельсов приходится на первую группу, в частности отслоение и выкрашивание металла на поверхности катания рельсов из-за недостатков или нарушения технологии изготовления рельсов при прокате (10.1 и 10.2), на них пришлось 46,31 % от всех дефектов.

Выкрашивание металла на боковой рабочей выкружке головки, за счет недостаточной контактно-установочной прочности металла, а также недостаточного качество рельсовой стали (11.1 и 11.2) составляет 9,94 %.

Поперечные трещины головки рельса, вследствие неоднородности рельсовой стали (21.1) составляют 20,45 %, а дефекты кода 99.1 – 5,54 %. Остальные дефекты на первых путях Чулумской и Барабинской дистанции пути составляют 17,76 %.

161

Наука и молодежь СГУПСа в третьем тысячелетии

На основе данных из графиков зависимости среднего выхода рельсов от пропущенного тоннажа можно сделать вывод, что с ростом тоннажа пропорционально увеличивается средний выход рельсов, но в период пропуска сверхнормативного тоннажа средний выход рельсов увеличивается в 2–2,5 раза, а именно увеличивается появление дефектов первой и второй группы.

Таблица 2

Характеристика дефектов на участке 7

На основе вышеуказанных таблиц и графиков определялась интенсивность выхода рельсов по причине дефектов, зависящих от пропущенного тоннажа.

162

Сборник научных статей аспирантов и аспирантов-стажеров

Рост выхода рельсов, после пропуска нормативного тоннажа происходит с постоянно увеличивающейся интенсивностью, интенсивность значительно увеличивается, после пропуска нормативного тоннажа, что хорошо видно на рис. 4. В то время как интенсивность выхода рельсов по причине дефектов, независящих от пропущенного тоннажа показывает, что выход рельсов характеризуется линейной зависимостью.

Интенсивность выхода рельсов, шт./км

Пропущенный тоннаж, млн т

Рис. 4. График интенсивности выхода рельсов по причине дефектов, зависящих от пропущенного тоннажа

Интенсивность выхода рельсов, шт./км

Пропущенный тоннаж, млн т

Рис. 5. График интенсивности выхода рельсов по причине дефектов, независящих от пропущенного тоннажа

Из рис. 4 и 5 видно, что при пропуске тоннажа в 1200 млн т количество отказов рельсов по причине дефектов, зависящих от пропущенного тоннажа, увеличивается в 3 раза по сравнению отказами при пропуске в 700 млн т, когда количество дефектов, независящих от пропущенного тоннажа, увеличилось лишь в 1,4 раза и в среднем составляет менее 0,5 рельса/км за весь межремонтный период.

163

Наука и молодежь СГУПСа в третьем тысячелетии

На рис. 6 показано на всех участках при пропуске 700 млн т и 1200 млн т. На нем видно, что при пропуске тоннажа 1200 млн т количество дефектов 1 группы возрастает на 196 %.

Выход рельсов, шт./км

Рис. 6. Сравнение отказов рельсов по причине дефектов 1 группы на всех 14 участках

Эксплуатировать многие объектов до полного отказа всех элементов невозможно, поэтому для определения параметров распределения используют усеченные выборки.

Для отдельных участках на Чулымской дистанции пути проводилась оценка надежности по усеченной выборке отказов.

Расчет происходил для двух участков общей длиной 33 км. Для определения квантиля нормального распределения, необходимые данные по среднему выходу рельсов на рассматриваемых участках определялись по графику, на рис. 7. Полученные данные заносились в таблицу, и проводился расчет, в ходе которого определялся квантиль нормального распределения. А после определялось прогнозируемое количество отказов.

Рис. 7. Средний выход рельсов на участках Чулымской дистанции пути

164

Сборник научных статей аспирантов и аспирантов-стажеров

По итогам анализа полученный прогноз выхода рельсов, при наработке тоннажа 1200 млн т, составил 4,54 шт./км, а при наработке тоннажа 1500 млн т – 11,02 шт./км.

По результатам анализа можно сделать вывод, что на 6 и 7 участках возможна нормальная эксплуатация при пропуске тоннажа в 1200 млн т, но при достижении тоннажа 1500 млн т количество одиночного выхода рельсов превысит нормативный почти в 3 раза.

Итогом работы являются следующие выводы:

1.Фактический срок службы участков Транссибирской магистрали превышает нормативный (700 млн т) в 1,4–1,7 раза и достигает величины 1000–1200 млн т.

2.Выход рельсов по причине дефектов, зависящих от пропущенного тоннажа, после пропуска нормативного тоннажа, растет с постоянно увеличивающейся интенсивностью. При пропуске тоннажа в 1200 млн т количество отказов рельсов увеличивается в 3 раза по сравнению отказами при пропуске в 700 млн т. Выход рельсов, по дефектам, независящим от пропущенного тоннажа, характеризуется линейной зависимостью и в среднем составляет менее 0,5 рельса/км за весь межремонтный период.

3.Проведен расчет параметров надежности для двух участков Чулымской дистанции пути в ходе которого был получен прогноз выхода рельсов, при пропуске 1200 млн т, который составил 5,5 шт./км,

апри пропуске 1500 – 11 шт./км.

5.Основные причины отказов рельсов приходятся на 1 и 2 группы дефектов рельсов. Выявлены наиболее распространенные коды дефектов, оказывающие определяющее влияние на срок службы пути – 10.1, 10.2, 11.1, 11.2 и 21.1 – их суммарная доля составляет 76,7 %.

6.Необходимы мероприятия для снижения числа контактноусталостных дефектов, а именно профилактическое шлифование рельсов, с периодическим применением рельсошлифовальных поездов (РШП-48), следовательно, существует необходимость увеличения высоты головки рельсов.

7.Необходимы мероприятия по повышению качества стали, применяемой для рельсов. Для предотвращения данных дефектов и увеличения срока службы верхнего строения пути необходимо использовать новые марки стали, а также бейнитную сталь. Рельсы, выполненные из высокопрочной бейнитной стали, имеют высокое

165

Наука и молодежь СГУПСа в третьем тысячелетии

сопротивление усталостному разрушению поверхности и износостойкость головок рельсов для железных дорог, работающих в условиях тяжелых нагрузок.

8.Необходимо улучшить технологию изготовления рельсов. Использование новых технологий производства рельсов, стойких к контактно-усталостным деформациям, в частности рельсов, из среднеуглеродистой легированной стали бейнитного класса позволит сократить количество дефектов, проявляющих себя вследствие недостатков изготовления рельс и нарушения технологии при прокате, тем самым увеличить срок службы пути.

9.Так как при длине плети 800 м и менее количество отказов увеличивается более чем на 70 % увеличение длины бесстыковых плетей до длины с перегон и блок-участок, а также уменьшение мест временного восстановления рельсов бесстыкового пути сократит число отказов рельсов при пропуске нормативного тоннажа.

Научный руководитель канд. техн. наук, доц. Д.В. Величко

Д.А. Сивицкий

(аспирант кафедры «Железнодорожные станции и узлы»)

Определение перерабатывающей способности специализированного сортировочного устройства для многогруппной сортировки вагонов

Изменение экономических условий, передача вагонного парка в частные руки, привели к тому, что структура вагонопотока значительно изменилась. Большинство сортировочных станций (СС) проектировалось для работы в условиях плановой экономики, которая обеспечивала относительную устойчивость вагонопотоков (их мощности, структуры) и возможность их достоверного планирования на большой горизонт [1, 2]. С переходом на рыночные условия работы неопределенности грузо- и вагонопотоков существенно увеличились, что стало одной из причин того, что для многих СС число назначений существенно превышает число сортировочных путей [3]. Изменение мощности и структуры вагонопотоков часто компенсируется так называемой, «скользящей» специализа-

166

Сборник научных статей аспирантов и аспирантов-стажеров

цией путей накопления и повторной сортировкой вагонов. Отраслевые исследования1 показывают, что увеличение количества назначений приводит к существенным потерям перерабатывающей способности станций (пример приведен на рис. 1).

Рис. 1. Зависимость допустимой переработки от числа назначений. Станция Инская, нечетная система

Возможным вариантом решения данной проблемы является перенос работы с большим количеством маломощных назначений на специализированное сортировочное устройство для многогруппной сортировки. Особенность его работы заключается в использовании методов интенсивного формирования составов, таких как комбинаторный, степенной, степенной-дублирующий и т.д. Использование подобной специализированной технологии комплексно влияет на сортировочное устройство, определяя его конструктивные особенности, а следовательно, и перерабатывающую способность. Наличная перерабатывающая способность напрямую связана со временем, затрачиваемым на завершение формирования одного состава (под завершением формирования понимается несколько повторных сортировок, заездов локомотива и сборка). Время на завершение формирования, в свою очередь, зависит от следующих факторов:

1. Структура состава, а именно количество групп (назначений), количество вагонов с особыми отметками, а также вагонов запрещенных к спуску с горки.

1 Данные приведены по «Схеме размещения и Программе совершенствования работы и развития сортировочных станций ОАО «РЖД» на период 2016–2025 гг.» (данные за 2012 г.).

167

Наука и молодежь СГУПСа в третьем тысячелетии

2.Конструктивные особенности специализированного сортировочного устройства: горка или вытяжка, количество путей, длина путей.

3.Используемый метод сортировки: комбинаторный, степенной, ступенчатый-дублирующий и т.д.

Все это говорит о том, что перерабатывающая способность сортировочного устройства зависит не только от его конструкции, но и от технологии работы.

Время на завершение формирования может быть определено различными способами. Авторы [4] определяют его аналитически, используя нормативные значения времени на сортировки и сборку. Однако, подобная методика учитывает работу только на вытяжном пути. Помимо этого, не учтены порожние полурейсы локомотива с целью заезда за определенными сортируемыми группами, а также не учтена работа с вагонами ЗСГ, которые должны осаживаться. Помимо этого, данная методика не может использоваться при работе на горочных устройствах.

Авторы [5] также предлагают использовать нормативы для оценки продолжительности маневровогополурейса, определяя при этом скорость при совершении полурейса в зависимости от его длины. Полученная регрессионная модель позволяет определять время на полурейс для любых расстояний. Однако, данные были получены хронометражем и привязаны к конкретному объекту, что врядли может обеспечить необходимую точность полученного результата при каких-либо других условиях, таких как средняя масса состава, профиль сортировочного устройства и т.д.

В работе [6] время каждой повторной сортировки определяется

спомощью тяговых расчетов, которые связаны с моделью работы устройства для многогруппной сортировки. Данная методика позволяет получить наиболее точный результат для горочного устройства, так как учитывает массу скатываемого отцепа, профиль спускной части горки. Основным недостатком метода является большая трудоемкость, которая подвигла автора [5] использовать иной метод.

В работе [7] время для каждой сортировки на горке малой мощности определяется в соответствии с нормативами, однако их недостатком является эмпирический характер, не позволяющий достаточно полно учесть такие параметры, как масса, длина отцепов и т.д.

168

Сборник научных статей аспирантов и аспирантов-стажеров

Помимо этого, открытым остается вопрос о том, как учитывать время на работу с вагонами, запрещенными к роспуску с горки. Типовые нормы времени на маневровую работу [8] предлагают учитывать дополнительное время, связанное с расформированием составов с вагонами ЗСГ на сортировочных горках, следующим образом:

зсг = Кл (βзсг р + р),

где Кл – коэффициент, учитывающий наличие или отсутствие дополнительного горочного локомотива, привлекаемого к работе; βзсг – доля составов с вагонами ЗСГ; р – увеличение времени роспуска состава с вагонами ЗСГ, мин; р – увеличение интервала между роспуском составов, связанное с выполнением в горочной горловине маневровых операций с вагонами ЗСГ, мин.

Сортировка вагонов ЗСГ может выполняться двумя способами:

1.Горочный локомотив, осуществляющий расформирование состава, осаживает весь состав, оставляя вагоны ЗСГ на специальном или сортировочном пути.

2.Вагоны ЗСГ отцепляются у вершины горки дополнительным локомотивом, работающим со стороны сортировочного парка. Вагоны переставляются в подгорочный парк, а по завершении роспуска ставятся на пути по назначениям.

Осуществляемый вариант, а также количество используемых

локомотивов, влияет на значение коэффициентаКл. При первом способе Кл = 1, а при втором определяется по соответствующей таблице. [21].

Оба варианта возможны и имеют свою сферу применения. Так, например, на сортировочной станции Инская, в связи с тем, что на надвиге работают электровозы, не имеющие возможности передвижения в подгорочный парк, работа с вагонами ЗСГ осуществляется с помощью дополнительно привлекаемого локомотива. Также это связано с большим объемом переработки вагонов. Первый вариант может быть использован на горках малой мощности или других сортировочных устройствах, где в привлечении дополнительного локомотива нет необходимости. Также при осаживании в парк тяжелого состава имеется ограничение по тяговым возможностям локомотива при возвращении состава на надвиг через горб горки. Иногда для этого требуется привлечение второго локомотива, что

169

Наука и молодежь СГУПСа в третьем тысячелетии

также снижает эффективность сортировочной работы. Рассматривая устройство, занимающееся многогруппной сортировкой небольших объемов вагонопотока, наиболее вероятно использование первого варианта.

Увеличение времени роспуска р зависит от числа вагонов ЗСГ в составе и их взаимного расположение, которое характеризуется числом групп (Хзсг). При этом к одной группе относятся вагоны, стоящие рядом друг с другом, независимо от их назначения. Среднее число групп, а также число отцепов, которые образуют вагоны ЗСГ ( зсг) определяются на основании анализа структуры составов на конкретной станции. Таким образом, определяется значение р по соответствующим таблицам [8]. Помимо числа групп, на

р также влияет время роспуска состава и длина горочной горловины. Однако, исходя из приведенных значений, анализировалось сортировочное устройство определенной конструкции, тогда как подобный расчет может выполняться как для вытяжек, так и для горок малой мощности. Поэтому важно заметить, что профиль горки малой мощности, а также, например, вытяжки формирования, существенно отличается от профиля горки средней и большой мощности. Следовательно, при расчете увеличения времени на расформирование на горке малой мощности, значения, приведенные в таблице, могут не соответствовать действительности. Другим значимым моментом может являться тот факт, что работая по первому варианту, т.е. осаживая вагоны тем локомотивом, который осуществляет роспуск, на время осаживания вагонов в парке может влиять статистическое месторасположение вагонов ЗСГ в структуре состава. Так, если большая часть вагонов сосредоточена в начале расформировываемого состава, в горочный парк каждый раз будет осаживаться значительное число обычных вагонов, которые находятся в конце. Если же большая часть сосредоточена в конце расформировываемого состава, то и количество вагонов, каждый раз осаживаемых в парк вместе с вагонами ЗСГ, будет меньше. Различные варианты могут повлиять не только на временны́е, влияющие на перерабатывающую способность горки, но и на энергетические затраты, связанные с преодолением горба горки с различным числом вагонов. Возможно, если различие в подобных затратах бу-

170