669

Среднее квадратическое отклонение качества функционирования при наработке t = ti

Оценка качества функционирования только по математическому ожиданию может иногда привести к неверному решению.

Качество функционирования железнодорожного пути характеризует, прежде всего, максимальная скорость движения поездов vmax, устанавливаемая в соответствии с приказом 41Ц [49]. Важной характеристикой является также номинальная скорость движения v0 по перегону, устанавливаемая приказом начальника дороги.

Среднее качество функционирования участка пути при наработке ti определится средневзвешенной скоростью на участке

j=1

где vj и li — установленная скорость движения и протяженность i-го участка пути. Коэффициент качества функционирования j-го километра пути

Характеризуя качество функционирования участка пути по надежности в зависимости от показателя скорости движения поездов, можно полагать, что километр пути находится в работоспособном состоянии, если скорость движения vj > vкр, и в неработоспособном состоянии, если vj < vкр. В качестве критической принимают скорость, при которой нарушается график движения поездов и создается угроза безопасности движения, несмотря на снижение скорости. Пример анализа качества функционирования участка пути по допускаемым скоростям движения приведен на рис. 7.1.

Рис. 7.1. Допускаемые скорости движения поездов на участке (а)

и вероятность нахождения километров в работоспособном состоянии (б)

Наряду с мгновенными оценками процесса функционирования часто применяются интервальные оценки. При этом каждой j-й траектории Kj (t) эволюции системы в течение времени или наработки t0 + t будет соответствовать некоторый результат, характеризующий полезность ее использования для решения поставленной задачи, − выходной эффект.

На рис. 7.2, а изображена реализация случайного процесса функционирования участка пути (поездоучастка).

153

Вероятность нахождения рельсов, шпал, скреплений, колеи в работоспособном состоянии определим из выражений

где np (ti ) — число рельсов, отказавших к моменту наработки ti; nø ,nñ — число негодных шпал и скреплений; ní

— число признаний километра неудовлетворительным по показателям вагона-путеизмерителя; Nî ð — предельное накопленное количество отказавших рельсов; Nî ø , Nî ñ — предельный процент негодных шпал и скреплений; Nî í

— предельное количество признаний километра неудовлетворительным.

Значения весовых коэффициентов δi можно принимать одинаковыми, можно в разных пропорциях, но в любом случае необходимо соблюдать требование нормировки:

7.3. Критерии установления допускаемых скоростей движения поездов

Критерии оценки динамических качеств, воздействия подвижного состава на путь и допускаемые скорости установлены нормативными документами [31, 49, 75–76, 125]. Эти критерии являются результатом почти вековых исследований не только российских, но и ведущих зарубежных ученых. По своему набору они полностью соответствуют мировой практике, а по численным значениям в ряде случаев являются более жесткими, что отражает более неблагоприятные природные условия эксплуатации на наших дорогах. В частности, это относится к предельным величинам допускаемых напряжений в балласте и на основной площадке земляного полотна.

Необходимо отметить, что допускаемые значения сил и напряжения не являются предельными по условиям прочности и устойчивости пути. При их определении закладывался резерв на уровне 20–30 %, связанный со спецификой проведения испытаний в режиме выбега на пути в хорошем состоянии.

Ряд критериев, к примеру, допускаемые кромочные напряжения в подошве рельса 240 МПа, на первый взгляд, устарели, так как современные рельсы Р65 и объемно-закаленные допускают по своей прочности существенно более высокие напряжения. Однако физический уровень этих напряжений является комплексной оценкой воздействия подвижного состава на путь, и поэтому мы сохраняем его.

Необходимо отметить, что при испытаниях конструкционная скорость экипажа на 20 % превышается, в кривых реализуется непогашенное ускорение 1 м/с2, а для пассажирского подвижного состава до 1,2 м/с2. Это позволяет видеть закономерность изменения динамических показателей в зоне предельных скоростей движения и не допустить возникновения критических ситуаций при реализации в эксплуатации скоростей движения, близких к конструкционным.

Скорости движения грузовых вагонов определялись по результатам испытаний наиболее массового их вида − полувагонов в груженом состоянии. К сожалению, грузовые вагоны в порожнем состоянии имеют существенно меньший коэффициент запаса устойчивости колеса от вкатывания на головку рельса. Он во многом зависит от технического состояния вагона, его базы и высоты центра тяжести. Интенсивное виляние порожних цистерн, хопперов и крытых вагонов с объемом кузова 120 м3 являются одной из причин схода порожних вагонов. Ужесточение норм содержания рельсовой колеи в кривых и ограничение в них скорости до 60 км/ч сняли остроту проблемы. Однако в связи с ростом грузонапряженности и исчерпанием пропускной способности на ряде линий остро встает проблема повышения скоростей движения грузовых поездов, и в первую очередь порожняка, до 100 км/ч. Это потребует модернизации рессорного подвешивания и изменения профиля обточки вагонных колес. Положительный опыт решения подобной задачи имеется на железных дорогах Украины.

Изложенные принципы реализованы при разработке критериев оценки состояния пути по показателям вагонов-путеизмерителей, технологии производства путевых ремонтных работ и скоростей движения на этот период, условий пропуска нестандартных (тяжеловесных и негабаритных) грузов.

В этих целях разработана специальная методика исследований на пути с искусственными неровностями. Выбор параметров таких неровностей производится математическим моделированием для конкретных единиц подвижного состава, конструкции пути и скоростей движения с целью получения резонансных колебаний и пиковых значений динамических сил взаимодействия.

При установлении степеней отступления в состоянии пути от нормативных значений принимаются не предельные по безопасности динамические воздействия, а скорость накопления деформации рельсошпальной решетки с целью недопущения неконтролируемого их выхода в зону повышенной опасности. Этим во

155

многом объясняется отличие наших предельных допусков по безопасности движения в четвертой степени от применяемых на американских железных дорогах [125].

Очевидно, что исследования на пути с искусственными неровностями должны стать базовыми при решении задачи повышения скоростей движения грузовых поездов. Необходимо не только определить условия появления резонансных колебаний виляния грузовых вагонов, но и разработать действенные меры по их предотвращению.

Решение об усилении объектов, на которых может увеличиться интенсивность расстройств в эксплуатации после введения повышенных скоростей движения, должно приниматься на основе техникоэкономических сравнений различных вариантов решения задачи оптимизации эксплуатационных расходов.

При наличии в пути дефектных рельсов возникает динамическое воздействие неподрессоренных масс, вероятность излома рельсов под поездами, поэтому скорости движения поездов на таких участках снижаются.

Допускаемые скорости с дефектами 14, 17, 18, 40, 41, 46, 47 и 49 определяются в соответствии с Каталогом дефектных рельсов НТД/ЦП-2-93 [31] (табл. 7.1).

Таблица 7.1

Скорости движения по дефектным рельсам

Рельсы с боковым износом, превышающим допустимые нормы, относят к дефектным. При наличии дефекта 44 по рельсам Р65 и Р75 с боковым износом от 15 до 20 мм и типа Р50 с износом от 13 до 18 мм допускаемые скорости движения не должны превышать (с учетом общего состояния пути и рельсов) 70 км/ч в кривых радиусом более 350 м и 60 км/ч в кривых меньших радиусов для грузовых поездов, а для пассажирских — 80 и 70 км/ч соответственно.

Рельсы типа Р50 с боковым износом более 18 мм и Р65 с износом более 20 мм заменяются в первоочередном порядке.

Рельсы, имеющие вертикальные ступеньки более 1 мм, должны соединяться переходными накладками, а на путях четвертого и пятого классов может быть произведена их наплавка (пониженного конца рельса) или шлифовка. До проведения этих работ (на срок не более 3 суток) во избежание больших динамических нагрузок, могущих привести к излому рельсов и стыковых болтов, скорости пропуска поездов по стыкам с вертикальными ступеньками должны быть не более приведенных в табл. 7.2, при наличии в пути горизонтальной ступеньки более 5 мм движение закрывается.

Таблица 7.2

Условия пропуска поездов по стыкам со ступеньками

По мере наработки тоннажа происходит старение верхнего строения пути, возникают остаточные деформации подрельсового основания, появляются негодные шпалы, дефектные скрепления, грязевые выплески в балластном слое.

Достигнув определенной величины, эти деформации настолько ослабляют путь, что требуется ограничивать скорости движения поездов (табл. 7.3–7.6) в соответствии с инструкцией ЦП-774 [77].

Допускаемые скорости движения в зависимости от негодности деревянных шпал [76] определяется по табл.

7.3.

156

При наличии негодных узлов промежуточных скреплений вводится ограничение скорости движения или движение закрывается (табл. 7.4).

Узел промежуточного скрепления типа Д-65 на деревянных шпалах считается негодным:

–при изломе подкладки (кроме прочих станционных путей 5 класса);

–при изломе трех костылей;

Узел промежуточного скрепления типа КБ на железобетонных шпалах и типа КД на деревянных шпалах считается негодным:

–при изломе подкладки (кроме прочих станционных путей 5 класса);

–при изломе обоих закладных болтов (4 шурупов).

Узел бесподкладочного скрепления типа ЖБР считается негодным при отсутствии или изломе упругой клеммы или закладного болта.

Узел промежуточного скрепления анкерного типа считается негодным при изломах анкера, клеммы или монорегулятора.

Под выплеском понимается такое состояние балластного слоя (щебеночного, асбестового и др.), когда на поверхность балластной призмы из нижележащих слоев балласта и земляного полотна за счет динамики взаимодействия пути и подвижного состава в сочетании с капиллярным подсосом выдавливается водогрязевая смесь глинистых и пылеватых частиц.

Разжижение балласта может иметь место на пути с асбестовым балластом, когда при интенсивных осадках или при оттаивании и отсутствии поперечного водоотвода асбестовый балласт находится в водонасыщенном состоянии и снижает свою несущую способность до реализации вертикальных осадок пути под подвижным составом 20 мм и более.

7.4. Оценка параметров рельсовой колеи путеизмерителями

Путеизмерителями контролируются, регистрируются и оцениваются следующие параметры [77, 125]:

–положение рельсовых нитей по уровню (перекосы и плавные отклонения по уровню);

–положение рельсовых нитей в плане (стрелы изгиба от хорды длиной 21,5 м, в точке, расположенной на расстоянии 4,1 м от конца) − рихтовка;

–ширина колеи (отклонения от номинальной величины − сужение и уширение);

–просадки рельсовых нитей в вертикальной плоскости.

Меры по обеспечению безопасности движения поездов при обнаружении неисправностей или сочетаний отступлений регламентируются нормативными документами.

Отклонения геометрических параметров рельсовой колеи от номинальных значений (отступления и неисправности) подразделяются на диапазоны оценки в зависимости от величины отклонения и категории пути. Диапазоны установлены, исходя из условий обеспечения безопасности движения поездов, рационального определения видов и сроков выполнения работ по предупреждению появления и устранению отклонений от норм.

Кпервому (I) диапазону оценки относятся отклонения, превышающие установленный техническими условиями допуск, но не требующие устранения. Они учитываются при оценке состояния пути, его изменений во времени и планировании профилактических путевых работ.

Ко второму (II) диапазону оценки относятся отступления, не требующие уменьшения установленной скорости, но подлежащие устранению в плановом порядке.

Ктретьему (III) диапазону оценки относятся отступления, не требующие уменьшения установленной скорости, но подлежащие устранению в первоочередном порядке, так как при не устранении их в период до очередной проверки пути путеизмерителем, они могут перерасти в неисправности, требующие уменьшения установленной скорости движения поездов.

Кчетвертому (IV) диапазону оценки относятся отступления, вызывающие рост сил взаимодействия пути и подвижного состава до величин, которые в сочетании с нарушениями в содержании, загрузке подвижного состава и режима ведения поезда могут привести к сходу его с рельсов. Поэтому при обнаружении отступлений IV степени уменьшается скорость или закрывается движение поездов. Отступления IV степени классифицируются как неисправности и устраняются без промедления.

157

Для участков пути, на которых по состоянию земляного полотна, балласта или элементов конструкции верхнего строения пути действуют длительные ограничения скорости движения, оформленные приказом начальника дороги, оценка отступлений геометрии рельсовой колеи производится по нормативам для этой скорости.

Качественная и балловая оценка состояния рельсовой колеи по показаниям путеизмерительного вагона [125] приведена в табл. 7.5.

Таблица 7.5

158

Продолжение табл. 7.5

Примечания:

1)Также: сочетания отступлений в плане III степени с перекосами или просадками III степени; три и более смежных отступления в плане III степени на длине 75 м и менее; смежные отступления по уровню III степени в разные стороны (по форме аналогичные перекосу) на длине более 20 м до 30 м; несоответствие уклона отвода возвышения наружной рельсовой нити кривой максимально допускаемой скорости движения поездов; превышение величины непогашенного ускорения или скорости его изменения при несовпадении начала или конца отвода возвышения и кривизны в кривых; три и более повторяющиеся подряд по обеим рельсовым нитям на протяжении до 30 м просадки величиной более 15 мм (без учета засечек) на участках со скоростями движения более 60 км/ч; отступления III степени (независимо от количества): по уровню, в плане, перекосы, просадки — на мостах и в тоннелях длиной от 25 до 100 м и на подходах к ним по 200 м в каждую сторону, а также на мостах и в тоннелях длиной более 100 м и на подходах к ним по 500 м в каждую сторону.

2)Уровень, перекосы, просадки, отступления в плане (по ширине колеи — «удовлетворительно» при любом количестве отступлений III степени).

3)Кроме ширины колеи.

Участок (километр) считается неудовлетворительным, если за период между комплексными оценками получал неудовлетворительную оценку.

В табл. 7.6 приведена обобщенная оценка геометрии рельсовой колеи.

Таблица 7.6

Оценка геометрии рельсовой колеи

Контролируемыми параметрами устройства кривой, по которым может быть ограничена скорость движения поездов, являются:

–сверхнормативные величины крутизны отвода возвышения наружного рельса i в переходных кривых;

–непогашенное ускорение αн и скорость его изменения ψ.

При расчетах параметров устройства пути в плане и по уровню и их последующей оценке, кривизна (стрелы изгиба) и уровень отфильтровываются от местных неровностей и рассматриваются не мгновенные, а усредненные значения кривизны и уровня на скользящем отрезке пути длиной 50 м. Это вызвано тем, что более короткие неровности не относятся к параметрам устройства кривой.

Крутизна отвода возвышения контролируется в пределах переходных кривых, соединяющих прямые и кривые участки или участки с различной величиной возвышения.

Контроль производится на всей переходной кривой, на скользящем отрезке l0 длиной равной 30 м, начиная с начала переходной кривой (НПК). Крутизна отвода оценивается, согласно нормативам табл. 6.2. Превышение этих нормативов классифицируется как неисправность, требующая ограничения скорости движения.

Величина непогашенного ускорения αн(X) рассчитывается в каждой точке кривой по фактическим усред-

Скорость изменения непогашенного ускорения оценивается по формуле

ψ = Δαí vmax / 3,6Lê ,

где Δαн — разность значений αн по концам скользящего отрезка Lк длиной, равной 30 м.

159

Предельные значения αн, ψ и imax приведены в табл. 7.7. Превышение указанных величин требует ограничения скорости, которое при невозможности устранения причин, вызвавших это превышение, оформляется приказом по дороге.

160

Таблица 7.7

Оценка устойчивости рельсовой колеи в кривой

7.5. Критерии назначения ремонтов пути

Потребность в ремонте по показателям фактического состояния определяется на основании сравнения текущих показателей, содержащихся в базе данных АСУ П, с их предельно допускаемыми значениями (критериями). Критерии назначения участков пути к проведению ремонтов определены в утвержденных МПС России в 2004 г. «Технических условиях на работы по ремонту и планово-предупредительной выправке пути» ЦПТ-53 [23].

Всоответствии с ЦПТ-53, основными критериями назначения реконструкции и капитального ремонта пути являются пропущенный тоннаж, млн т, и одиночный выход рельсов, шт./км (табл. 7.8). По таблице — необходимо выделить из суммарного одиночного выхода выход рельсов по боковому износу в кривых, а также на участках бесстыкового пути — выход рельсов уравнительных пролетов.

Процент негодных элементов скреплений определяется выборочным порядком путем детального обследования на каждом километре скреплений на двух 25-метровых звеньях (на бесстыковом пути — на двух отрезках пути длиной по 25 м), произвольно выбранных в начале и середине плети (вне уравнительных рельсов).

Вкачестве основного критерия для назначения среднего ремонта пути используются загрязненность щебня 30 % и более по массе, а также количество шпал с выплесками, этот же критерий является дополнительным при назначении реконструкции, капитального и подъемочного ремонтов.

Безусловно, определить процент загрязнения балластной призмы без специального инструментального обследования достаточно сложно.

Основным критерием для назначения подъемочного ремонта пути является количество отступлений 2-й степени от норм содержания пути в плане, профиле и по уровню для путей 1, 2 и 3 классов соответственно по 25, 30 и 35 шт./км и более.

Таблица 7.8

Критерии выбора участков, подлежащих реконструкции и капитальному ремонту при текущем планировании

* Одиночный выход рельсов, а также количество дефектных рельсов определяется без учета выхода рельсов по боковому износу в кривых, а на участках бесстыкового пути — и без учета выхода рельсов уравнительных пролетов;

**На пути с железобетонными шпалами подсчитывается суммарный процент подкладок и закладных болтов, на пути с деревянными шпалами — подкладок, костылей и противоугонов, при этом процент негодных костылей и противоугонов учитывается с коэффициентом 0,6;

***По ЦПТ-53 [23] определяется нормативный срок службы в пропущенном тоннаже с учетом понижающих или повышающих коэффициентов или срок службы в годах.

7.6. Комплексная оценка состояния пути

Комплексная оценка состояния пути производится по перечню параметров, приведенных в табл. 7.7–7.11 и подразделяется на нижеприведенные уровни.

Хорошая оценка состояния пути

При этой оценке:

–отсутствует необходимость ограничения скорости по состоянию геометрии рельсовой колеи (ГРК), устройства пути, рельсов, скреплений, шпал, балласта;

–отсутствуют показатели, превышающие 50 % уровня, требующего ограничения скоростей, закрытия движения по ЦП-774 [77] или назначения ремонта;

–возможны отдельные предупреждения об ограничении скорости движения (выявление отдельных дефектных рельсов, проход вагона со сверхнормативным ползуном, форс-мажорные природные факторы).

Удовлетворительная оценка состояния пути

Эта оценка требует повышенного внимания, при которой:

– имеются участки, на которых по параметрам устройства пути в плане и профиле, состоянию балластного слоя за период между генеральными осмотрами выдавались кратковременные предупреждения об ограничении скорости движения (по проходам путеизмерителя или по погодным условиям);

161

–по ГРК, рельсам, скреплениям, шпалам, балласту присутствуют показатели, превышающие 50 % уровня, требующего ограничения скоростей, закрытия движения или назначения ремонта;

–имеются участки, на которых при неблагоприятных природных факторах может возникнуть необходимость ограничения скорости или закрытие движения (оползневые откосы и т.д.).

Неудовлетворительная оценка состояния пути

Эта оценка присваивается, если:

–скорость движения, установленная на участке, ниже установленной приказом по дороге;

–постоянно ограничена установленная скорость движения по геометрии рельсовой колеи и (или) состоянию любого элемента конструкции пути или за период между генеральными осмотрами неоднократно выдавались временные предупреждения об ограничении скорости движения.

Обобщенная оценка производится в соответствии с принятыми в табл. 7.7 и 7.9–7.11 настоящей методики критериями по состоянию на месяц, предшествующий работе по комплексной оценке.

Таблица 7.9

Оценка состояния рельсов

162