756

Н.И. Карпущенко, Д.В. Величко, Е.С. Антерейкин

Анализ полученных данных показывает, что наиболее тесная корреляционная зависимость имеется между величинами бокового износа и переменными значениями радиуса в конкретных сечениях кривой. Достаточно тесная связь наблюдается также между боковым износом и непогашенным поперечным ускорением. Объясняется это тем, что радиус кривизны определяет величину поперечного скольжения колес при вписываниижесткойбазывкривую,анепогашенноеускорение—величинунаправля- ющего усилия в точке контакта гребня колеса и боковой грани рельса.

Корреляционная зависимость между боковым износом и шириной колеи недостаточнотесная,объясняетсяэтотем,чтоприбольшихзначенияхшириныколеи(1540мм и более) путейцы прибегают к ее корректировке, что приводит к ослаблению корреляционных связей.

Выполненный анализ статистических рядов измерений износа рельсов и ширины колеи в кривых участках выявил их явную зависимость от наработанного тоннажа Т, радиуса кривых R и осевой нагрузки подвижного состава P.

Графическоепредставлениеполученныхданныхпоизносурельсовиширинеколеи в конкретных условиях эксплуатации позволяет аппроксимировать статистические данные зависимостями вида [1].

где , — постоянные коэффициенты; Ki — коэффициенты, учитывающие условия эксплуатации, прежде всего радиус кривой и осевую нагрузку подвижного состава.

Параметр — начальное значение ширины колеи и бокового износа рельсов. Параметр (тангенс угла наклона прямой с осью T) определяется в стандартных

условиях при Ki = 1 зависимостью

Влияние радиуса кривых и осевых нагрузок подвижного состава на изменение ширины колеи и износа рельсов учитывается коэффициентами KR и KP.

Для их определения можно применить степенную зависимость. В связи с тем, что стандартными условиями испытаний элементов верхнего строения пути в трудных условияхсчитаютсякривыеR=400миосевыенагрузкиР=150кН,длякоэффициентов, учитывающих влияние радиуса кривой, принято выражение

400

KR , (7)

Rcp

а для учета влияния осевых нагрузок

В этом случае уравнение (4) будет иметь вид:

Y = + TKRKP. (9)

Врезультатеобработкистатистическихданныхдлязвеньевогопутисдеревянными шпаламии щебеночнымбалластомполученыприближенныезависимостидля определения величин бокового износа hб и ширины колеи S, мм, в функции наработанного тоннажа Т, млн т бр, при учете радиуса кривой Rcp и средней осевой нагрузки подвижного состава Pcp:

11

ВестникСГУПСа.Выпуск28

Формулы(10)и(11)представляютсобойвыражениядляопределенияматематическогоожиданияслучайныхвеличинбоковогоизносарельсовишириныколеивфункции наработанноготоннажаTприучетерадиусакривизныпутииосевыхнагрузокподвижного состава.

Согласно [2] дисперсия произведения условно независимых центрированных слу-

Выполненный регрессионный анализ процессов нарастания износа рельсов и ширины рельсовой колеи на опытных участках с использованием ЭВМ позволил получить эмпирические параметры, приведенные в табл. 3.

Расчет ресурса и вероятности безотказной работы рельсов

Рассмотримобщуюсхемуформированияотказаизделия,когдапротеканиеразличных процессов повреждения приводит к изменению во времени выходного параметра Y. Отказ возникнет при достижении параметромсвоего предельно допустимого значения Ymax, что произойдет через некоторый случайный промежуток времени работы изделия[3].

Процесс изменения параметра Y со скоростью Y также является случайным и зависитотизмененияповрежденийотдельных элементовизделия(ихизносасоскоро-

стью 1, 2, …, k).

В результате всех этих явлений происходит формирование закона распределения f(Y,t),которыйопределяетвероятность выходапараметра Y заграницуYmax,т.е.вероятность отказа F(t) = 1 – P(t). Следует отметить, что в общем случае значение Ymax также может иметь рассеивание, если оно оценивает диапазон требований потребителя к предельным значениям показателей изделия.

Рассмотрим более распространенный случай, когда изменение параметра изделия Y подчиняется линейномузакону

12

Н.И. Карпущенко, Д.В. Величко, Е.С. Антерейкин

Вданномслучаеk= —этоскоростьпротеканияпроцесса(скоростьизнашивания), которая зависит, как правило, от большого числа случайных факторов — нагрузки, скорости, температуры, условий эксплуатации и т.п. Поэтому наиболее характерен случай, когда она подчинена нормальномузакону, т.е.

где f( ) — плотность вероятности; cp — среднее значение (математическое ожидание)

скорости процесса повреждения или изменения выходного параметра; — среднее

квадратическое отклонение скорости процесса.

Предельно допустимое значение параметров Ymax установлено из условия правильности функционирования изделия. При Y = Ymax наступает предельное состояние, которое и определяет срок службы (наработку)изделия до отказа t= T. Срок службы T является функцией случайного аргумента , т.е.

Задача заключается в отыскании плотности распределения f(t) по заданной функции f( ). Для функций случайного аргумента в теории вероятностей применяется формула

Данныйинтегралсводится кфункцииЛапласаи,учитывая, чтовероятностьбезотказной работы P(T) = 1 – F(T), получим

где — нормированная функция Лапласа, 0 0,5; при T = 0 P(T) = 1, при T =

P(T) 0; — коэффициент вариации (безразмерная величина).

cp

ПрирасчетахвероятностибезотказнойработыP(T)поформуле(20)задачарешается, как правило, в двух вариантах.

1. При заданном ресурсе T = Tp подсчитывается вероятность безотказной работы P(T), которая и служит характеристикой надежности изделия. В этом случае все параметры, определяющие аргумент функции Лапласа, известны, и с использованием таблицы этой функции подсчитывается P(T).

13

ВестникСГУПСа.Выпуск28

2. Для изделий с высокими требованиями к надежности обычно задается P(T) и необходимо подсчитать ресурс Tp, обеспечивающий данный уровень безотказности. В этом случае в формуле (20) искомым является значение T, которое входит в аргумент функцииЛапласа.АргументфункцииЛапласабудетявлятьсяквантилемXp нормального распределения, т.е. тем его значением, которое соответствует данной вероятности P(T). Для квантилей нормального распределения имеются таблицы.

Из формулы (20), приравняв к Xp значение аргумента функции , получим

Порядок расчета заключается в том, что для заданного значения P(T) по таблицам дляквантилейнормальногораспределениянаходимсоответствующеезначение Xp ииз уравнения (21) находим ресурс T = Tp.

Для частного случая при P(T) = 0,5 квантиль Xp = 0, из (21) получим

При расчетах по формулам (21) и (22) следует иметь в виду, что если имеется недостаточнаяинформацияостатистическихзначенияхвходящихвеличин(например, в результате испытаний на износ при малой статистической выборке), необходимо определить доверительные интервалы этих параметров и соответственно увеличить возможный диапазон изменения их значений.

Приведенная методика расчета позволяет на основании исходной информации о состоянииизделия,овозможныхусловияхегоэксплуатациииприоценкеинтенсивности процессов потери работоспособности (износа) рассчитать ресурс изделия при требуемой вероятности безотказной работы и указать мероприятия, которые окажут наибольшийэффектнаповышениенадежности,иколичественнооценитьудельныйвес каждогофактора.

Пример расчета .

Для определения ресурса рельсов по предельному износу примем hбmax = 15 мм;

Р(Т) = 0,95.

Из данных табл. 3 получим математическое ожидание интенсивности бокового износарельсоввкривыхрадиусом400м cp =0,17мм/(млнтбр)среднееквадратическое

отклонение = 0,076 мм/(млн т бр) и коэффициент вариации = 0,35. Квантиль

нормального распределения Xp = 1,282.

Подставив эти значения в формулу (22), получим

Такое расхождение в величинах и объясняется большим разбросом данных по интенсивности износа даже на протяжении одной кривой.

15

Tcp 0,17 88млн т бр.

14

Н.И. Карпущенко, Д.В. Величко, Е.С. Антерейкин

Выводы

Регрессионныйанализпроцессовнарастаниябоковогоизносарельсовиуширения колеипоказал,чтосуществуетдостаточнотеснаякорреляционнаясвязьмеждубоковым износом, радиусом и непогашенным поперечным ускорением по длине кривой.

Корреляционныезависимостимеждубоковымизносомиширинойколеиподлине кривой менее стабильны из-за периодических регулировок ширины колеи.

В результате обработки статистических данных получены приближенные зависимости величин бокового износа и ширины рельсовой колеи в функции наработанного тоннажа при учете радиуса кривой и средней осевой нагрузки подвижного состава.

Расчет ресурсаи вероятности безотказнойработырельсов по разработанной модели формирования отказа из-за предельного бокового износа с использованием статистических параметров интенсивности износа в различных эксплуатационных условиях позволил с достаточной точностью прогнозировать срок службы рельсов в кривых.

Библиографический список

1.ДружининГ.В.Надежностьавтоматизированныхпроизводственныхсистем.М.:Энергоатомиздат, 1986.480с.

2.ВентцельЕ.С.Теориявероятностей.М.,1969.576с.

3.ПрониковА.С.Надежностьмашин.M.:Машиностроение,1978.592с.

N.I. Karpuschenko, D.V. Velichko, E.S. Antereikin. The Regression Analysis of Rail

WearIncreasingProcessesandTheirSurvivalProbabilityintheCurveTrackSections.

Thearticlepresentstheanalysisofdifferentmaintenancefactorswhichaffectmagnitudeofrail wearinthecurvetracksections.Findingsondependenceoflateralwearandrailgaugeontonnage consideringcurveradiusandaverageaxleloadofarollingstockmakeitpossibletopredicttheservice lifeofrailsinthecurves.

Key words: railway track, rail, lateral wear, rail gauge, curve track section.

15

ВестникСГУПСа.Выпуск28

Юдин Олег Геннадьевич — доцент кафедры «Путь и путевое хозяйство» Сибирского государственного университета путей сообщения.

Родилсяв1963г.В1985г.окончилфакультетСЖДНИИЖТа,1985– 1987гг.работалвОПМС-19старшиминженером-технологом,1988– 1990гг.–аспиратНИИЖТа,преподаватель,ст.преподавателькафед- ры, с 2009 г. доцент СГУПСа.

Область научных интересов — совершенствование технологий проведения ремонтовжелезнодорожногопутиАвтор более20научныхработ.

E-mail:helge@stu.ru

УДК 625.173.65.011.46

Д.В. ВЕЛИЧКО, О.Г. ЮДИН

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ОРГАНИЗАЦИИ КАПИТАЛЬНОГО РЕМОНТА ПУТИ В УСЛОВИЯХ ТРАНССИБИРСКОЙ МАГИСТРАЛИ

В статье рассматривается проблема повышения эффективности организации и технологии ремонтов железнодорожного пути. Предложено расширение методики определения техникоэкономической эффективности выполнения ремонтов пути за счет детализации затрат по факторам, зависящим от особенностей технологии и организации ремонта пути. Приводится доказательное подтверждение высокой технико-экономической эффективности организации ремонта пути в режиме закрытия перегона на весь период производства работ в сравнении с классическим «оконным» режимом при организации пакетного движения поездов по временно однопутному участку.

Ключевые слова: железнодорожный путь, капитальный ремонт, закрытие перегона, организация и технология, технико-экономическая эффективность.

При оценкеэкономически целесообразной организации ремонтанеобходимо комплексно рассмотреть все затраты, связанные с эксплуатационными и технологическими параметрами, учитывающими наиболее эффективные варианты использования техники. Современная технология ремонта пути включает в себя работы по глубокой очистке (вырезке) балласта, что имеет существенные достоинства, связанные с экономией балластных материалов, сокращением потребности в локомотивах и хоппердозаторах,снижениемзатратприпоследующемтекущемсодержаниипути,предотвращением переустройства опор контактной сети. Однако наличие машин по глубокой очистке значительно замедляет темп выполнения работ по ремонту пути и сокращает объем выработки в «окно».

Существует два основных варианта организации капитального ремонта (реконструкции)железнодорожного пути с глубокой очисткой (вырезкой)балласта:

—режим периодически предоставляемых «окон»;

—режимдлительногозакрытияперегона(полуперегона)навесьпериодпроизводства работ.

Расходы на организацию и проведение капитального ремонта пути зависят от различныхпараметров,связанныхспродолжительностью«окна»итехнологиейпроведенияработ. Условиемэффективности организацииремонтапутиявляется минимизациясуммарныхзатрат,связанныхсвыполнениемпутевыхремонтныхработизадержек поездов, с учетом количества и продолжительностью требуемых «окон» (закрытия перегона).

Определимтехнико-экономическуюэффективностьрежимоворганизацииремонта пути.Привыполнениирасчетовучитываютсятолькопеременныефакторы,зависящие

16

Д.В. Величко, О.Г. Юдин

от организации и технологии выполнения работ, т.е. такие факторы, как стоимость материалов верхнего строения пути не учитываются [1].

Сумма приведенных затрат при производстве работ по ремонту пути

Э = Эз + Эо + Эно + Эпр + Элок, (1)

где Эз — затраты, связанные заработной платой монтеров пути и машинистов, р./км; Эо —затраты,вызванныепредоставлением«окон»(закрытияперегона)дляпроведения ремонтов пути, р./км; Эно — затраты, связанные с непредоставлением графиковых «окон», р./км; Эпр —затраты, вызванныепростоеми дополнительнойработой путевых машинврежиме«окон»,р./км;Элок —затраты,связанныесарендойлокомотивов,р./км.

Затраты на заработную плату монтерам пути и машинистам

Затраты Эз определяются по исполнительным калькуляциям на ремонт пути. Примем, что при выполнении работ в режиме закрытого перегона работникам дополнительно выплачивается денежная премия — 30 % от заработной платы.

Затраты, вызванные предоставлением «окон» (закрытия перегона) для проведения ремонтов пути

При «оконном» режиме ремонта пути комплекс работ по замене рельсошпальной решетки выполняется в основные «окна», работы по укладке рельсовых плетей производятся в заключительный период в технологические «окна». Устройство временных блок-постов выполняется независимо от режима дальнейшей организации ремонта пути,апредоставляемыедляэтогодополнительныезадельные«окна»всравнительном анализе можно не учитывать. При режиме закрытия участка на весь период производства работ принимается технология, не требующая после открытия перегона дополнительныхтехнологических«окон».

Затраты из-за простоя поездов во время «окна» (закрытия перегона) на 1 км пути

где Пзп — задержки поездов в период производства для основных и дополнительных работ, ч; Сп — стоимость простоя поезда, р./ч; lфр — фронт работ в «окно» (закрытие перегона),км.

Затраты, связанные с непредоставлением «окон»

Одним из недостатков организации производства работ в «окно» является вероятность непредоставления «окон» и затраты с этим связанные.

где пно — количество непредоставленных «окон», шт.; Сно — потери, связанные с непредоставлением «окна», р.

Таккаквдень«окна»веськонтингент ПМС(монтерыпути,машинистымашиныи механизмы) находится на участке работ, в случае непредоставления «окна» ПМС вынужден простаивать в ожидании следующего «окна». В потери, связанные с непредоставлением«окна»,включаютсязатратыназаработнуюплатумонтеровпути,машинистов и простой путевой техники, рассчитываются в соответствии с калькуляцией.

пно = Nokно, (4)

где No — общее количество «окон», необходимых для производства работ на участке, шт.; kно — коэффициент непредоставления «окна».

17

ВестникСГУПСа.Выпуск28

Анализ использования «окон» для производства работ на главном ходу ЗападноСибирской ж.д. в период 2008–2009 гг. (объем выборки 190 «окон») показал, что процент непредоставления «окон» в среднем составляет 8 %, следовательно, можно принять kно = 0,08.

Затраты, вызванные простоем и дополнительной работой путевых машин

врежиме «окон»

Всоответствии с графиком производства работ определяется количество путевых машин и дней их простоя. Принимается, что при организации работ в режиме «окон» путевые машины находятся на месте производства работ постоянно, весь период выполнения ремонта, так как на передислокацию машин требуется 1–3 сут, а также необходимо проведение технического обслуживания. Схема предоставления «окон» принимается интенсивной — «понедельник—среда—пятница».

Стоимость простоя и дополнительных смен работы путевых машин в режиме «окон»включает в себя заработную платумехаников и машинистов

где Ci — стоимость работы i-го типа машин, например, RM, ВПР, ПБ, ДСП, ЭЛБ, р./смену; ni — количество i-го типа машин, шт.; mi — количество смен простоя и дополнительных работ i-го типа машин, шт.

тi = kпрT + (1 – kпр)niок – 2niзп, (6)

где kпр — коэффициент стоимости простоя машин, 0,9; Т — длительность общего периода производства работ, сут; пiок — количество смен работы i-го типа машин в режиме«окон»,шт.;пiзп —количествосутокработыi-готипамашинврежимезакрытия перегона,шт.

Затраты, связанные с арендой локомотивов

Затраты на аренду локомотивов

где плок — потребность в локомотивах, лок.-сут; Слок — стоимость аренды локомотива, р./сут.

Потребностьлокомотивовназакрытомперегонеопределяетсяпографикампроизводстваработ.Расчетзатратнауслугипоуправлению,ремонту,техническомуобслуживанию и экипировке топливом арендованного локомотива серии ЧМЭ-3, с учетом НДС, показал общую стоимость — 69,31 тыс. р./лок.-сут.

ОценкаэффективностиорганизациикапитальногоремонтапутивусловияхТранссибирской магистрали проводилась для участка Западно-Сибирской ж.д.:

I путь перегона Мошково–Ояш ЗСЖД, длина полуперегона 15 км, классификация 1Б2, грузонапряженность 63 млн т км бр./км в год, скорость движения 120/80 км/ч, количествопоездов—84пар,кривыесR507–2600м,долякривых57%,уклоны0–12 ‰ (ремонтвыполненв2009г.),верхнеестроениепутидоремонта(звеньеваяконструкция, Р65, деревянные шпалы, скрепление Д0, щебеночный балласт) и после ремонта (бесстыковая конструкция, Р65, железобетонные шпалы, скрепление ЖБР, щебеночный балласт).

Привыполнении капитальногоремонтапутив «оконный»режим,исходя изопыта выполнения работ ПМС, условий организации работ и выработки лимитирующей

18

Д.В. Величко, О.Г. Юдин

машиныдля глубокойвырезкибалластаRМ,фронтработв основные«окна»— 0,5км, фронтработвтехнологические«окна»дляукладкиплетейбесстыковогопути—1,6км. В соответствии с организацией и технологией производстваработ в табл. 1 предоставлены основные характеристики выполнения ремонтов пути.

Расчет всех пяти факторов, влияющих наобщий уровень технико-экономического эффекта,выполняетсяпоформулам(2)–(7),сучетомследующихданных.

Результатырасчетакалькуляцийназаработнуюплатумонтеровпутиимашинистов, с учетом величины премии для режима закрытия перегона не менее 30 %, заносятся в табл. 2.

Всоответствиистабл.1общеевремяпроизводстваработврежиме«окон»—в3,33 разабольше,чемпризакрытииперегона,чтопропорциональноувеличиваетзатратына заработнуюплату.

Объемы производства работ по сравниваемым вариантам абсолютно одинаковы, однако в связи с растянутостью «оконной» технологии, требующей значительного времени на развертывание и свертывание машинных комплексов, соотношение рабочих смен по вариантам варьируется в зависимости от длины фронта работ.

Затраты, связанные с предоставлением «окон», определяются по (2), при этом учитывается, что пропускная способность рассматриваемых участков позволяет пропускатьпоездасорганизациейдвустороннего пакетногодвиженияпоездовповременно однопутному перегону.

Средниефактическиезадержкипоездоввпериодпроизводстваработопределялись сграфиковдвижения—37ч/сут,сучетомотводачастигрузовыхпоездовчерезсоседнее направление—150ч/сут.Припропускепоездовприоритетомобладаютпассажирские и пригородные, поэтому основные задержки поездов в период производства работ приходятся на грузовые — средняя стоимость простоя поезда — 620 р./ч.

Зная общее количество «окон» и коэффициент kно, можно рассчитать количество непредоставленных «окон»— 3 шт.

Простойпутевыхмашинзависитотстоимостиихработы:RM—26,46тыс.р./смену, ВПР—20,42тыс.р./смену,ПБ—9,92тыс.р./смену,ДСП—9,24тыс.р./смену,ЭЛБ— 3,86 тыс. р./смену (учтены привлекаемые машины).

Всоответствиисграфикомпроизводстваработврежимезакрытогоперегонавремя производства работ машинами RМ (3 шт.), ВПР (4 шт.), ПБ (2 шт.)составляет — 4 сут, ЭЛБ (1 шт.), ДСП (2 шт.) — 8 сут. В соответствии со схемой предоставления «окон»и технологией производства в режиме «окон» календарный период производства работ составляет 68 дней.

19

ВестникСГУПСа.Выпуск28

Следовательно, при производстве работ в «окна»неэффективно используется время — 56,2 сут работы RМ, ВПР, ПБ; 48,2 и 29,6 сут работы ЭЛБ, ДСП, что вызывает дополнительные затраты на простой машин и зарплату машинистов.

В соответствии с использованием графиков производства работ количество локомотивов, привлеченных на участок работ, составляет:

—в режиме закрытия перегона — 142 лок.-сут;

—в режиме «окон» — 205 лок.-сут.

Результаты расчетов по всем видам дополнительных затрат сведены в табл. 2 для дальнейшего сравнительного анализа.

Врезультатесравнениявариантовопределено,чтозатратыприпроизводстверабот

врежимезакрытогоперегоназначительнониже,чемприпроизводствеработв«окна», экономическийэффектсоставляет1,95млнр./км.

Наибольшие затраты при организации ремонта в режиме «окон» — расходы на заработную плату, на привлечение локомотивов и путевых машин. Влияние такого чрезвычайноважногоидорогостоящегофактора,какзадержкапоездовзасчетвнедрения рационального пакетного режима движения сводится к минимуму.

Опыт Западно-Сибирской железной дороги по выполнению капитальных ремонтов сзакрытиемперегона(рисунок) показывает высокий уровень производительности такого режима организации работ, средний уровень которой — 1–1,5 км/сут, а максимальный —более2,28км/сут (чтов 6раз превышаетвыработку1998г. —0,38 км/сут). Производительностьработы машинглубокойочистки балластаповышаетсяв2–3раза (до2,1км/смену),эксплуатационныерасходыуменьшаютсяв1,5–2раза,потребностьв локомотивах сокращается до пяти раз, в рабочих поездах — в 2,4 раза [2].

Показателиорганизацииремонтаврежимедлительногозакрытияперегона

20