CC BY
83
УДК 691.327
MODELS OF OPERATION OF RECTIFYING AND LINING AND LEVELING CARS
Glotov Victor Anatolyevich, Candidate of Technical Sciences, associate professor, associate professor of the Siberian state university of means of communication, v.glotov@ngs.ru
Zaytsev Alexander Vasilyevich, graduate student, senior Lecturer of the Siberian state university of means of communication, e-mail: zaitsev.zaw@yandex.ru
Kuznetsov Sergey Mikhaylovich, Candidate of Technical Sciences, senior research associate,
associate professor, Siberian state university of means of communication, e-mail:
ksm5 6 @ yandex.ru
Abstract. The algorithm of creation of a confidential interval of model of an assessment of reliability of operation of rectifying and lining and leveling cars is given. The concept of reliability is the basis for an assessment of reliability of transport and technological process, as probabilities of achievement of rectifying and lining and leveling cars of an ultimate goal by production of traveling works. One of major factors of reliability of operation of traveling cars is their efficiency on time and an availability quotient to work. Outdated data on efficiency of cars are provided in methodical instructions during working hours which demand updating as cars are constantly improved. By results of natural tests of rectifying and lining and leveling cars the database of values of availability quotients and efficiency on time was created. In a database the values which have passed two stages of check were brought: logical and mathematical.
In article an example of creation of a confidential interval of values of efficiency on time depending on a complex indicator of reliability is reviewed: availability quotient. For creation of model selection of values of a database was formed. After selection formation according to GOST 8.207-76 its accessory to the law of normal distribution by means of criterion of a consent of Pearson was checked. Further the efficiency model on time depending on an availability quotient of rectifying and lining and leveling cars (the regression equation) and a confidential interval of model was under construction.
Keywords: liner-tamping-straightening machines, confidential interval, selection, regression equations, statistics.
МОДЕЛИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ВЫПРАВОЧНО-ПОДБИВОЧНО-
РИХТОВОЧНЫХ МАШИН
Глотов Виктор Анатольевич, кандидат технических наук, доцент, Сибирского государственного университета путей сообщения, v.glotov@ngs.ru
Зайцев Александр Васильевич, аспирант, старший преподаватель Сибирского государственного университета путей сообщения, zaitsev.zaw@yandex.ru
Кузнецов Сергей Михайлович, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, доцент Сибирского государственного университета путей сообщения,
ksm56@yandex.ru
Аннотация. Приводится алгоритм построения доверительного интервала модели оценки надежности работы выправочно-подбивочно-рихтовочных машин. В основу оценки надежности транспортно-технологического процесса положено понятие надежности, как вероятности достижения выправочно-подбивочно-рихтовочных машин конечной цели при производстве путевых работ. Одним из основных факторов надежности работы путевых машин является коэффициент использования их по времени и коэффициент готовности к работе. В методических указаниях приводятся устаревшие данные по коэффициентам использования машин в течение рабочего времени, которые требуют обновления, так как машины постоянно совершенствуются. По результатам натурных испытаний выправочно-подбивочно-рихтовочных машин была создана база данных значений коэффициентов готовности и коэффициентов использования по времени. В базу данных заносились значения, прошедшие два этапа проверки: логический и математический.
В статье рассмотрен пример построения доверительного интервала значений коэффициента использования по времени в зависимости от комплексного показателя надежности: коэффициента готовности. Для создания модели формировалась выборка значений из базы данных. После формирования выборки в соответствии с ГОСТ 8.207-76 проверялась ее принадлежность закону нормального распределения с помощью критерия согласия Пирсона. Далее строилась модель коэффициента использования по времени в зависимости от коэффициента готовности выправочно-подбивочно-рихтовочных машин (уравнение регрессии) и доверительный интервал модели.
Ключевые слова: выправочно-подбивочно-рихтовочные машины, доверительный интервал, выборка, регрессионные уравнения, статистика.
Актуальность. Создание информационных баз натурных испытаний, технических и экономических показателей машин, комплектов и систем способствует оптимизации их работы с заданной надежностью при строительстве, ремонте и текущем содержании пути [1-16, 18, 27-29, 35-36, 41-44, 46].
Для доказательства обоснованности значений базы данных по результатам натурных испытаний проводилась логическая и математическая (правомерность отклонения обосновывалась методами математической статистики) проверки испытаний [17, 30, 31, 38]. Цель:
- статистическая обработка выборок [17, 30, 31, 38];
- построение многофакторных математических моделей [17, 23, 24];
- построение доверительных интервалов математических моделей [4, 37];
Задачи:
- создание баз данных по результатам натурных испытаний [2, 25, 28];
- обработка результатов натурных испытаний [17, 30, 31, 38];
- построение моделей показателей натурных испытаний [17, 23, 24];
- формирование выборок остатков моделей и построения гистограмм плотности распределения остатков [17, 23-36] ;
- построение доверительных интервалов [17, 37].
Материалы и методы. После создания баз данных по результатам итогов эксплуатации за период с 2001 по 2012 годы (последние десять лет) проведена обработка выборок и установлено, что все они подчиняются закону нормального распределения [17]. Следующий этап исследования - построение регрессионных уравнений (многофакторных математических моделей).
Регрессионный анализ - статистический метод исследования влияния одной или нескольких независимых переменных Х1, Х2, ..., X на зависимую переменную У. Независимые переменные иначе называют регрессорами или предикторами, а зависимые переменные - критериальными.
Шаговый регрессионный метод начинается с построения простой корреляционной матрицы и включения в регрессионное уравнение переменной, наиболее коррелируемой с откликом. Для включения в уравнение выбирается переменная с наибольшим квадратом частного коэффициента корреляции.
Для проверки введенных ранее переменных на предмет их взаимосвязи с другими переменными на каждом шаге вычисляется частный Б-критерий для каждой переменной и сравнивается с избранной процентной точкой соответствующего Б-распределения. Это позволяет оценить вклад переменной, предполагая, что она включена в модель последней независимо от момента ее фактического введения. Переменная, дающая незначительный вклад, исключается из модели. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не будут рассмотрены все переменные.
Для сравнения влияния факторов и установления относительной важности каждого из них (значимости переменной) было использовано нормирование коэффициентов регрессии:
Ь = (1)
где Ь - коэффициент уравнения регрессии после нормирования; ai - коэффициент уравнения регрессий до нормирования; - средняя квадратичная ошибка переменной Х Бу - средняя квадратичная ошибка отклика У^.
Регрессионное уравнение (модель) коэффициента использования по времени путевых машин ВПР-02, ВПРС-02 Кв в зависимости от времени их работы Тр, продолжительности технологических перерывов Ттп и продолжительности простоев машин ВПР-02, ВПРС-02 Тп:
Кв = + 0,0033 + 0,0040445Тр - 0,0000108Ттп + 0,0000008Тп, (2)
В таблице 1 приведена значимость факторов модели (2), определенная
по (1).
Таблица 1 - Значимость факторов модели коэффициента использования по времени путевых машин ВПР-02, ВПРС-02
Фактор Значимость фактора, %
Время работы Тр Продолжительность технологических перерытов Тш Продолжительности простоев Тп 99,97 0,02 0,01
Значимость факторов модели календарного фонда времени работы пу-тевык машин ВПР-02, ВПРС-02 Тф от времени их перебазировки и отсутствия фронта работ Тпб составляет 44,37 %, от времени работы Тр - 40,05 %, от продолжительности технологических перерытов Тта - 3,63 % и от продолжительности простоев Тп - 11,95 %.
В таблице 2 приведены характеристики моделей коэффициента использования по времени путевык машин ВПР-02, ВПРС-02 Кв и календарного фонда времени их работы Тр.
Таблица 2 - Характеристики многофакторных математических моделей
Показатель Кв Тр
Доля объясненной вариации, % 95,89 100,00000
Коэффициент множественной корреляции 0,9792 1,00000
Средний отклик 0,4006 245,33333
Ставдартная ошибка, % от среднего отклика 1,56 0,00
Стандартная ошибка 0,00623 0,00000
Общий Б-критерий регрессии 10051,4 3907387707
Табличное значение общего Б-критерия 3,82 3,82
В таблице 3 приведены модели и их характеристики для коэффициентов использования по времени в зависимости от коэффициентов готовности Кг, коэффициентов технического использования Кта и коэффициентов эффективности Кэ. В таблице 4 для этих моделей приведены доверительные интервалы с уровнем риска 5 % [17, 37].
Таблица 3 - Параметры моделей коэффициента использования по времени
Показатель Кв = 0,1153 + Кв=0,0708 + Кв=0,0630+
0,3958Кг 0,5925КШ 0,3699Кэ
Доля объясненной вариации, % 23,96 55,00 68,40
Коэффициент множественной корреляции 0,4897 0,7417 0,8270
Средний отклик 0,4005 0,4005 0,4005
Ставдартная ошибка, % от среднего отклика 6,64 5,13 4,27
Стандартная ошибка 0,0266 0,0205 0,0171
Общий Б-критерий регрессии 407,27 1580,64 2794,26
Табличное значение общего Б-критерия 3,82 3,82 3,82
Таблица 4 - Математические модели и их доверительные интервалы
Модель Доверительный интервал с уровнем риска 5 %
Кв = 0,1153+0,3958Кг Кв = 0,0708 + 0,5925Кта Кв = 0,0630 + 0,3699Кэ Кв ± 0,0618/1,001 + 0,9292(Кг - 0,717)
Кв ± 0,042^/1,001 + 2,4532(Кти - 0,565) Кв ± 0,0347/1,001 + 0,3662(Кэ - 0,888)
В таблице 5 приведены модели и их характеристики для времени работы машин Тр в зависимости от коэффициента использования по времени Кв, коэффициентов готовности КГ, коэффициентов технического использования Кта и коэффициентов эффективности Кэ. В таблице 6 для этих моделей приведены доверительные интервалы с уровнем риска 5 %.
Таблица 5 - Основные характеристики многофакторных моделей
Показатель Тр = 3,28 + Тр = 27,68 + Тр=21,70 + Тр = 19,21 +
237,09Кв 97,903Кг 137,56Кти 86,57Кэ
Доля объясненной вариации, % 95,89 24,87 50,53 64,76
Коэффициент множественной кор- 0,9792 0,4988 0,7108 0,8047
реляции
Средний отклик 98,255 98,255 98,255 98,255
Стандартная ошибка, % от среднего 1,54 6,53 5,31 4,42
отклика
Стандартная ошибка 1,51 6,42 5,22 4,34
Общий Б-критерий регрессии 30200,8 427,8 1320,5 2366,9
Табличное значение общего Б- 3,82 3,82 3,82 3,82
критерия
Таблица 6 - Математические модели и их доверительные интервалы
Модель Доверительный интервал с уровнем риска 5 %
Тр = 3,28 + 237,09Кв Тр=27,68 + 97,903Кг Тр=21,70 + 137,56Кти Тр = 19,21 + 86,57Кэ Тр ± 3,2644^1,001 + 4,8782(Кв - 0,404) Тр ± 14,8886/1,001 + 0,9292(Кг - 0,717) Тр ± 10,9635^/1,001 + 2,4532(Кти - 0,565) Тр ± 9,0241^1,001 + 0,3662(Кэ - 0,888)
Результаты. В СГУПС составлена построены математические модели и доверительные интервалы для коэффициента использования по времени и продолжительности работы путевых машин ВПР-02, ВПРС-02 [27-29, 35, 36].
Заключение (Выводы).
1. Многофакторные модели комплексных показателей надежности работы системы путевых машин ВПР-02, ВПРС-02, рассчитанные из опыта эксплуатации позволяют с большей обоснованностью планировать их ритмичную работу, точнее определять время (сроки, длительность) производства работ, что сказывается на снижении стоимости и повышении качества при строительстве, ремонте и текущем содержании пути.
2. Разработка моделей для обоснования надежности различных технологических процессов с применением машин ВПР-02, ВПРС-02 на основе опыта эксплуатации позволяет установить рациональную область применения машин, комплектов и систем сократить время принятия решений при строительстве, ремонте и текущем содержании пути.
3. Предложены модели для обоснования управленческих решений применения машин, комплектов и систем с учетом надежности их работы при создании инвестиционных проектов, календарных планов и порядка строительства, ремонта и текущего содержания пути позволяет принимать решения с разумной, реальной надежностью.
4. Построенные модели необходимы для создания оптимальной структуры системы машин при достижимом уровне надежности строительства, ремонта и текущего содержания пути, что обеспечивает эффективное применение машин, помогает снизить стоимость и трудоемкость работ с соблюдением намеченного графика производства работ.
Библиографический указатель
1. Анферов В.Н. Выбор и обоснование методов расчета мощности привода винтового конвейера / В.Н. Анферов, А.В. Зайцев // Строительные и дорожные машины. -2012. -№ 11. -С. 22 - 25.
2. Анферов В.Н. Имитационная модель оценки организационно-технологической надежности работы стреловых кранов / В.Н. Анферов, С.М. Кузнецов, С.И. Васильев // Изв. вузов. Строительство. -2013. -№ 1. -С. 70 - 78.
3. Анферов В.Н. Использование рабочего органа с горизонтальными роторами на щебнеочистительной машине / В.Н. Анферов, А.В. Зайцев // Экономика ж. д. -2013. -№ 5. -С. 68-75.
4. Анферов В.Н. Обоснование надежности работы строительных машин. Монография / В.Н. Анферов, С.И. Васильев, С.М. Кузнецов. -Красноярск: Сиб. федер. ун-т, Институт нефти и газа, -2014. - 164 с.
5. Анферов В.Н. Обоснование применения рабочего органа для уплотнения балласта на плече и откосах балластной призмы на машинах ВПР / В.Н. Анферов, А.В. Зайцев // Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. -2014. -№ 30. -С. 60-64.
6. Анферов В.Н. Обоснование применения рабочего органа с горизонтальными роторами на щебнеочистительных машинах СЧ-601 / В.Н. Анферов, А.В. Зайцев // Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. -2014. -№ 30. -С. 55-59.
7. Глотов В.А. Использование компьютерных технологий в преподавании технических дисциплин / В.А. Глотов, В.Ю. Игнатюгин // Омский научный вестник. -2010. -№ 1 (87). -С. 244-247.
8. Глотов В.А. Комплексный подход к обучению инженеров-механиков с использованием компьютерных технологий (саё/сат/сае систем) / В.А. Глотов, В.Ю. Игнатюгин // Омский научный вестник. -2011. -№ 1 (97). -С. 157-160.
9. Глотов В.А. К обоснованию параметров пневмотранспортной машины для уборки снега с междупутий станций / В.А. Глотов, Н.В. Мокин, А.П. Филатов // Совершенствование средств механизации путевых, строительных и погрузочно-разгрузочных работ. -Новосибирск, -2001. -С. 32-39.
10. Глотов В.А. Моделирование снеговоздушного потока в рабочем процессе аэродинамической снегоуборочной машины / В.А. Глотов // Железные и автомобильные дороги в условиях Сибири. Новосибирск, -2009. -С 135-162.
11. Глотов В.А. Обоснование применения путевой снегоуборочной машины ПСМ-С для очистки станционных путей от снега / В.А. Глотов, А.В. Зайцев // Экономика ж. д. -2013. -№ 7. -С. 85-89.
12. Глотов В.А. Обоснование применения рабочего органа для уплотнения балласта на плече и откосах балластной призмы на машинах ВПР / В.А. Глотов, А.В. Зайцев // Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. -2014. -№ 30. -С. 60-64.
13. Глотов В.А. Осаждение снега в емкости уборочной машины // Вопросы создания и модернизации строительных и путевых машин. Сборник научных трудов. - Новосибирск: Изд-во СГАПС. 1994. - С. 12 - 18.
14. Глотов, В.А. Технико-экономическое обоснование применения коммунальной пневмоснегоуборочной машины КПСМ /
В.А. Глотов, В.Ю. Игнатюгин, А.В. Зайцев // Экономика ж. д. -2013. -№ 8. -С. 88-94.
15. Глотов В.А. Универсальная пневмоснегоуборочная машина / В.А. Глотов, В.Ю. Игнатюгин // Строительные и дорожные машины. -2012. -№3. -С 17-21.
16. Глотов В.А. Универсальная пневмоснегоуборочная машина / В.А. Глотов, В.Ю. Игнатюгин // Строительные и дорожные машины. -2012. -№4. -С 18.
17. Дрейпер Н. Прикладной регрессионный анализ / Н. Дрейпер Г. Смит. - М., 1973. -392 с.
18.Задорин Г.П. Экономическое обоснование оборудования распределителя балласта щеточным рабочим органом / Г.П. Задорин, А.В. Зайцев // Экономика ж. д. -2013. -№ 11. -С. 109-116.
19. Заморин В.В. Ресурсосбережение при производстве земляных работ / В.В. Заморин, С.М. Кузнецов, В.Я. Ткаченко, С.И. Васильев // Транспортное строительство. -2014. -№ 3. -С. 22 - 24.
20. Исаков А.Л. Оптимизация работы комплекса машин при строительстве объектов / А.Л. Исаков, К.С. Кузнецова, С.М. Кузнецов // Изв. вузов. Строительство. -2012. -№ 1. -С. 52 - 57.
21. Исаков А.Л. Формирование ресурсосберегающего комплекса машин для строительства зданий и сооружений / А.Л. Исаков, К.С. Кузнецова, С.М. Кузнецов // Механизация строительства. - 2013. - № 9. - С. 14 - 17.
22. Кузнецова К.С. Организационно-технологическая надежность строительства объектов / К.С. Кузнецова, С.М. Кузнецов, А.Д. Суворов, С.Н. Ячменьков // Монтажные и специальные работы в строительстве. -2007. - № 4. -С. 27 - 28.
23. Кузнецов С.М. Автоматизация построения моделей для оптимизации организационно-технологических решений / С.М. Кузнецов, Н.В. Холомеева, С.Э. Ольховиков // Научно-исследовательские публикации. - Воронеж. - 2014. - № 7 (11). - С. 5-13.
24. Кузнецов С.М. Анализ остатков моделей организационно-технологических решений / С.М. Кузнецов, О.В. Соболева, М.П. Ше-фер // Научно-исследовательские публикации. - Воронеж. - 2014. - № 7 (11). - С. 24-32.
25. Кузнецов С.М. Вероятностная модель работы многоступенчатых гидротранспортных систем / С.М. Кузнецов, Е.В. Лизунов, А.В. Щербаков // Изв. вузов. Строительство. -2006. -№ 9. -С. 33 - 41.
26. Кузнецов С.М. Комплексная оценка организационно-технологической надежности работы парка строительных машин / С.М. Кузнецов, К.С. Кузнецова, Н.А. Сироткин // Экономика ж. д. -2007. -№ 4. -С. 68 - 76.
27. Кузнецов С.М. Модели надежности эксплуатации выправочно-подбивочно-рихтовочных машин ВПР-02 / С. М. Кузнецов, В. А. Глотов, А. В. Зайцев // Трансп. : наука, техника, упр. - 2014. - №4. - С. 5863.
28. Кузнецов С.М. Надежность выправочно-подбивочно-рихтовочных машин / С.М. Кузнецов, А. В. Зайцев // Путь и путевое хозяйство. - 2014. - № 3. - С. 19 - 22.
29. Кузнецов С.М. Обоснование показателей эксплуатации выпра-вочно-подбивочно-рихтовочных машин ВПР-02 и ВПРС-02 / С.М. Кузнецов, А.В. Зайцев // Экономика ж. д. - 2014. -№ 3. -С. 80 - 90.
30. Кузнецов С.М. Обработка результатов натурных испытаний при техническом и тарифном нормировании / С. М. Кузнецов, К. С. Кузнецова. - // Экономика ж. д. - 2010. - №7. - С. 88 - 99.
31. Кузнецов С.М. Обработка статистической информации / С.М. Кузнецов, В.Я. Ткаченко, Н.В. Холомеева // Научно-исследовательские публикации. Воронеж. - 2014. - № 3 (7). - С. 45 -54.
32. Кузнецов С.М. Организационно-технологическая надёжность экскаваторных комплектов / С.М. Кузнецов, О.А. Легостаева // Изв. вузов. Строительство. -2005. -№ 10. -С. 62 - 69.
33. Кузнецов С.М. Оценка организационно-технологической надёжности строительства зданий и сооружений / С.М. Кузнецов, Н.А. Сироткин, О.А. Легостаева, С.Н. Ячменьков // Изв. вузов. Строительство. -2006. -№ 2. -С. 47 - 52.
34. Кузнецов С.М. Оценка технической надежности работы гидротранспортных систем / С.М. Кузнецов // Экономика ж. д. - 2013. -№ 10. -С. 77 - 87.
35. Кузнецов С.М. Оценка технической надежности эксплуатации выправочно-подбивочно-рихтовочных машин ВПР-02 / С. М. Кузнецов, А. В. Зайцев // Трансп. : наука, техника, упр. - 2014. -№2. - С. 45-49.
36. Кузнецов С.М. Оценка технической надежности эксплуатации выправочно-подбивочно-рихтовочных машин для стрелочных переводов ВПРС-02 / С.М. Кузнецов, В.А. Глотов, А.В. Зайцев // Междуна-
Journal of scientific research publications № 13(17) / 2014
родный научно-исследовательский журнал: Сборник по результатам XXIII заочной научной конференции Research Journal of International Studies. Екатеринбург : МНИЖ - 2014. - № 1 (20) Часть 1. - С. 51 - 53.
37. Кузнецов С.М. Построение доверительных интервалов работы гидротранспортных комплексов / С.М. Кузнецов, А.И. Круглов, М.П. Шефер // Научно-исследовательские публикации. Воронеж. - 2014. -№13 (17). - С. 5-15.
38. Кузнецов С.М. Совершенствование обработки результатов натурных испытаний при техническом и тарифном нормировании / С.М. Кузнецов // Экономика ж. д. - 2013. -№ 7. -С. 90 - 97.
39. Пермяков В.Б. Оценка организационно-технологической надежности работы строительных машин / В.Б. Пермяков, С.М. Кузнецов // Механизация строительства. -2008. -№ 11. -С. 24 - 29.
40. Седов В.А. Обоснование применения машин и механизмов для строительства сооружений / В.А. Седов, В.П. Перцев, С.М. Кузнецов // Транспортное строительство. -2004. -№ 2. -С. 12 - 14.
41. Смоляницкий Б.Н. Профилактическая очистка путей от снега / Б. Н. Смоляницкий, В. А. Глотов, Д. А. Коледа // Ж.-д. трансп. - 2006. -№ 1. - С. 54-56.
42. Смоляницкий Б.Н. Решение проблем очистки железнодорожных путей от снега / Б. Н. Смоляницкий, В. А. Глотов, Д. А. Коледа // Строит. и дорож. машины. - 2005. - № 11. - С. 16-18.
43. Снегоуборочная машина / Гербер А.Р., Глотов В. А., Пименов И.Я., Поповкин А.Н., Прохоров Н.Г. патент на изобретение RUS 2224841 12.03.2003
44. Снегоуборочная машина / Гербер А.Р., Глотов В.А., Пименов И.Я., Поповкин А.Н., Прохоров Н.Г. патент на изобретение RUS 2242560 21.04.2003
45. Чулкова И.Л. Вероятностная модель подбора тяжелых бетонов / И.Л. Чулкова, Т.А. Санькова, С.М. Кузнецов // Изв. вузов. Строительство. -2008. -№ 10. -С. 39 - 43.
46. Экономическое обоснование применения на железнодорожном транспорте электропогрузчиков с кабельным питанием / В.Н. Анфе-ров, А.П. Ткачук, И.В. Сергеева, А.В. Зайцев // Экономика ж. д. -2013. -№ 4. -С. 85 - 94.
Статья поступила в редакцию 28.09.2014.
