CC BY
40
УДК 625.144.5/7-52
Парунакян В.Э.
ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ КОМПЛЕКСНОЙ МЕХАНИЗАЦИИ ПУТЕВЫХ РАБОТ НА ПРОМЫШЛЕННОМ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ
Часть 1
Проведенные исследования показали, что одной из важнейших проблем повышения уровня технической готовности железнодорожных путей горнодобывающих и металлургических предприятий является создание эффективной системы технического содержания. В этой проблеме одним из ключевых является вопрос комплексной механизации ремонта, переукладай и текущего содержания железнодорожных путей [1].
Доминирующее значение этого фактора обусловлено следующим. Уровень технического состояния железнодорожных путей определяется, в первую очередь, количеством живого и овеществленного труда, затрачиваемого на противодействие процессу его деградации за период ремонтного цикла. Указанные трудозатраты в совокупности носят характер норматива и сокращению не подлежат.
Вместе с этим, реальные трудовые затраты на техническое содержание железнодорожных путей могут и должны сокращаться по сравнению с нормативными за счет создания и внедрения эффективных, в полной мере отвечающих требованиям предприятий, машин и механизмов на всех видах путевых работ.
Между тем, в бывшем СССР государственная техническая политика в области механизации путевых работ проблем промышленного железнодорожного транспорта практически не решала. Начиная с шестидесятых годов ограниченные производственные мощности нескольких заводов путевого машиностроения направлялись исключительно на выпуск путевой техники для магистральных железных дорог, при этом объем ее производства едва обеспечивал половину потребности последних.
Перечень выпускаемой путевой техники всегда определялся требованиями магистральных дорог и ограничивался, в основном, комплектом крупногабаритных, тяжелых машин непрерывного действия, для эффективного использования которых на ремонте пути необходимы значительные фронта работ (до 2-3 км) и большие годовые объемы ремонта.
Сфера применения тяжелых путевых машин на предприятиях является крайне ограниченной (не более 5-6% общей протяженности железных дорог, в основном на ремонте подъездных и соединительных путей), так как их использования в специфических условиях эксплуатации внутрикарьерных и внутризаводских путей в подавляющем большинстве случаев технически невозможно и экономически нецелесообразно.
В создавшемся положении выпуск отдельными заводами малых партий некоторых типов легких путевых машин, использование на ремонтах пути строительной и дорожной техники, а также изготовление единичных образцов новых машин самими предприятиями радикального решения вопросов механизации путевых работ на промышленном транспорте обеспечить не могут.
В связи с указанным в настоящее время промышленные предприятия характеризуются весьма низким уровнем механизации путевых работ. Он составляет на капитальном ремонте, где строительная и путевая техника используется в наибольшей степени - до 65-70%, на среднем и подъемочном ремонте - 40-45%, на текущем содержании пути - 8-10%. На магистральных железных дорогах эти показатели соответственно составляют: 80-85%, 50-55% и 40-45%.
Следовательно, для промышленного транспорта отставание в вопросах механизации, образовавшееся за последние годы, имеет место на всех видах путевых работ. Наиболее значительным оно является на текущем содержании (в 4,8 раза), между тем именно на него приходится до 80-85% общей трудоемкости всего комплекса работ технического содержания путей предприятий.
Из приведенных данных достаточно очевидно, что при создании путевой техники для промышленного транспорта не должно быть локальных решений и необходим системный подход. В связи с указанным целью нашей статьи является системный анализ условий эксплуатации и требований производства и обоснование основных технологических параметров комплексной механизации путевых работ на железнодорожном транспорте промышленных предприятий.
Крупные предприятия, в первую очередь горнодобывающие и металлургические, имеют значительную протяженность железных дорог (до 500—600 км) и характеризуются сложной схемой путевого развития и различным функциональным назначением железнодорожных путей.
Указанные признаки определяют специфические особенности плана, профиля, конструкции и, что особенно важно, систему эксплуатационного обслуживания железнодорожных путей. В совокупности они формируют важнейшие производственные требования и позволяют обосновать главные технологические параметры при решении вопросов комплексной механизации путевых работ.
Рассмотрим этот вопрос подробнее [2,3].
Сложность путевой схемы крупных металлургических предприятий обусловлена необходимостью обеспечения технологических и транспортных связей между большим числом (до 200-250) производственных объектов, расположенных на промплощадке, нередко находящихся на различных высотных отметках. На горнодобывающих предприятиях путевая схема внутрикарьерных путей должна обеспечивать технологические связи производственных агрегатов (добычных, вскрышных и отвальных экскаваторов), расположенных на различных по высоте рабочих уступах до глубины 300-350 м и более и рассредоточенных на значительной площади в границах отработки карьера.
Для обеспечения перевозочного процесса, маневровой работы и обслуживания производственных агрегатов путевая схема предприятий включает обычно до 20 - 25 станций и постов.
В связи с указанным путевые схемы промышленных предприятий характеризуются сложным планом железнодорожных путей с большим числом (до 6-7 комплектов на 1 км) стрелочных переводов и глухих пересечений, значительным удельным весом кривых участков (до 35-40 %) с преобладанием кривых малого радиуса (150 м и менее), а также крутыми уклонами продольного профиля, достигающими на металлургических заводах 18-20 %, а на карьерах - до 65 %.
Из-за насыщенности промплощадок предприятий производственными зданиями, сооружениями и, особенно, различными наземными инженерными коммуникациями (ЛЭП, газопроводы, теплотрассы и др.) железнодорожные пути на значительной протяженности (до 60-65 %) имеют жесткие габаритные ограничения (боковые и по высоте).
По функциональному назначению путевая схема предприятий делится на железнодорожные пути обеспечивающие:
• перевозочный процесс, то есть перегонные и станционные пути, по которым осуществляются перевозки сырья и готовой продукции и маневровая работа с вагонами внешнего парка (с осевыми нагрузками до 230 кН);
• работу производственных агрегатов, то есть пути технологических районов, по которым осуществляются технологические перевозки (промежуточных продуктов, в том числе расплавленного металла, слитков, а также горной массы и др.) в специальном подвижном составе (с осевыми нагрузками от 350 до 560 кН). Удельный вес путей технологических перевозок в развернутой длине путей предприятий составляет: на металлургических заводах - до 35 %, на карьерах - до 55-60%.
Различное функциональное назначение железнодорожных путей предприятий, а, следовательно, разный характер и условия их работы (тип и осевые нагрузки подвижного состава, грузонапряженность, организация перевозок и др.) определяют:
• конструкцию верхнего строения (тип рельсов, тип и марки стрелочных переводов, вид шпал и их количество на 1 км, материал балласта и др.);
• характер, интенсивность и величину износа элементов верхнего строения, расстройств геометрических параметров и накопления остаточных деформаций; неравномерность распределения неисправностей по длине пути; число локальных очагов неисправностей и др.;
• виды путевых работ, их содержание и перечень операций: для стационарных путей промышленных предприятий, — ремонт и текущее содержание в соответствии со структурой ремонтного цикла; для внутрикарьерных путей, имеющих ограниченный срок эксплуатации (от 3-6 месяцев до 3-5 лет),— технологические переустройства погрузочно-разгрузочных путей производственных агрегатов (экскаваторов) в процессе ведения горных работ, а также главных откаточных путей в процессе углубления карьера;
• технологический регламент выполнения путевых работ. Он устанавливает: длину фронтов работ на различных видах путевых работ и типах путей, общую продолжительность выполнения работ и ее зависимость от режима функционирования производственного агрегата; продолжительность "окна" при закрытии пути для движения поездов. В совокупности эти показатели определяют необходимый темп выполнения путевых работ.
Следовательно, при решении вопросов комплексной механизации путевых работ на промышленном транспорте необходимо в полной мере учитывать как показатели схем путевого развития, так и функционального назначения железнодорожных путей. При этом технологические параметры комплексной механизации определяются в основном видом путевых работ и технологическим регламентом их выполнения.
Система технического содержания железнодорожных путей предприятий представляет собой комплекс мероприятий по противодействию деградации пути в процессе его эксплуатации и включает следующие виды путевых работ: текущее содержание, подъемочный, средний и капитальный ремонт и др.
Основным видом работ по комплексному оздоровлению и усилению пути в целом является капитальный ремонт. Он выполняется при необходимости сплошной замены рельсов новыми с одновременным оздоровлением всех элементов подрельсового основания. Поэтому основной операцией капитального ремонта пути является замена изношенной рельсо-шпальной решетки на новую.
Средний ремонт предусматривает оздоровление или усиление балластной призмы, смену шпал и одиночную замену дефектных рельсов. Основной операцией данного вида ремонта является очистка и добавление балласта.
Подъемочный ремонт предусматривает сплошную выправку пути в продольном профиле и подбивку шпал для обеспечения равноупругости подрельсового основания и восстановления дренирующих свойств балласта. Данный вид ремонта определяют выправочно-подбивочные работы.
Текущее содержание железнодорожных путей представляет комплекс работ, выполняемый непрерывно на всем протяжении путевого развития предприятия, по надзору и уходу за ним с целью предупреждения появления неисправностей, выявления и устранения причин, вызывающих их и увеличения срока службы элементов верхнего строения. Эти работы подразделяются на планово-предупредительные и неотложные. Круг этих работ весьма широк, а характер и условия выполнения различны.
На горнодобывающих предприятиях на внешних и внутрикарьерных постоянных путях система технического содержания пути аналогична описанной выше. Внутрикарьерные временные и погрузочно-разгрузочные пути уступов, обеспечивающие работу экскаваторов, по завершению последними отработки очередной заходки, переукладываются (разбираются - укладываются) на новую заходку. Основной операцией переукладочных работ является перемещение рельсо-шпальной решетки на новую трассу пути.
Необходимость выполнения различных видов путевых работ (ремонта, текущего содержания, переукладаки и т.д.), значительное число разнохарактерных операций, входящих в их состав (до 35 при капитальном ремонте и т.д.), а также многообразие условий их выполнения предопределяют применение машин, механизмов и оборудования различного функционального назначения. Из их числа
формируются специализированные комплекты машин, предназначенные для реализации конкретного технологического процесса путевых работ.
Поэтому комплексная механизация путевых работ требует выбора такой конструктивной схемы машин, которая предполагает использование наиболее эффективного способа выполнения рабочих операций, технологически обоснованной универсализации, обеспечения высокого уровня мобильности, а также применения нескольких типоразмеров машин одного функционального назначения.
По занимаемому месту в комплекте, машины подразделяются на ведущую и комплектующие (вспомогательные). В технологическом процессе, выполняемом комплектом машин, производительность ведущей машины устанавливается в соответствии с заданным темпом работ. При этом на различных видах путевых работ роль ведущей выполняют машины различного функционального назначения.
Исходя из вышеизложенного, при формировании комплекта машин для конкретного технологического процесса необходимо, в соответствии с заданным темпом работ, а также с учетом состава операций, последовательностью и условиями их выполнения, определить ведущую операцию и выбрать для нее тип машины. После этого подбираются вспомогательные машины, обеспечивающие их совместное эффективное использование.
В частности, для рассмотренных видов ремонта пути ведущие машины должны выполнять следующие операции: на капитальном - замену рельсо-шпальной решетки; на среднем - балластноочистительные работы; на подъемоч-ном - выправочно-подбивочные работы. Что касается текущего содержания пути, то, в связи с весьма большим перечнем операций и различным сочетанием работ, ведущая путевая машина определяется в каждом конкретном случае в соответствии с их специализацией. Для переукладочных работ на карьерах ведущей является машина, осуществляющая перемещение рельсо-шпальной решетки на новую трассу пути.
Одним из важнейших вопросов обоснования технологических параметров комплексной механизации путевых работ является установление оптимального темпа работ, что идентично производительности ведущей машины.
Принципиальное значение этого параметра для путевой техники, предназначенной для использования на промышленном транспорте, заключается в том, что он определяет способ выполнения рабочих операций (цикличный или непрерывный) и тип рабочего органа, а следовательно конструктивную схему машины, ее габариты и вес и, в итоге, стоимость, эксплуатационные расходы и область возможного применения.
Исходными показателями определяющими темп путевых работ, являются: длины различных Типов путей, фактические фронта работ при выполнении различных видов ремонта, продолжительность выполнения работ и ее зависимость от режима функционирования производственных агрегатов. Для получения этих данных был собран и проанализирован большой статистический материал на нескольких крупных горнодобывающих и металлургических комбинатах.
Установленные в результате анализа данные по эксплуатационной длине и фронтам ремонтных работ на железнодорожных путях различного функционального назначения приведены в таблице 1.
Приведенные данные показывают, что на предприятиях ремонт пути производят в основном в пределах их эксплуатационной длины, а наибольшая величина фронта работ составляет 550 - 600 м. При ремонте путей перегонов, эксплуатационная длина которых может быть значительной, особенно на подъездных и соединительных путях (до 1800 м и более), ее делят на несколько участков и ремонтные работы ведут последовательно.
Таблица 1 — Эксплуатационная длина и фронты ремонтных работ на железнодорожных путях различного функционального назначения
Показатели Функциональное назначение железнодорожных путей
перегонные станционные технологические
Эксплуатационная длина, м 580 1800 405 640 180 290
Фронтыработ при выпол- 550 390 160
нении ремонтов, м . 600 550 275
Примечание: в числителе приведены средние значения, в знаменателе наибольшие.
Организация ремонта перегонных путей должна обеспечивать бесперебойный пропуск поездов с сырьем и готовой продукцией. С другой стороны выполнение путевых работ требует временного закрытия железнодорожного пути, как объекта ремонта, для движения. С этой целью на ремонтируемом участке на период ремонта планируют «окна».
Необходимая продолжительность «окна» устанавливается в зависимости от вида ремонта, применяемой технологии, состава комплекта машин и условий работ. На промышленных предприятиях продолжительность «окна» для выполнения капитального ремонта принимается от 5 до 12 час. Для сложных условий горнодобывающих и металлургических предприятий наиболее часто продолжительность «окна» составляет 8-10 часов, а в среднем значении 8,2 часа, что соответствует продолжительности смены. Продолжительность «окна» для среднего ремонта перегонных путей принимается 4-6 часов, для подъемочного ремонта до 4 час.
Меньшая .продолжительность «окна» не обеспечивает рациональную организацию ремонтных работ (связанную с доставкой машин, развертыванием и свертыванием работ и т.д.), большая - нецелесообразна по условиям обеспечения перевозочного процесса, так как в большинстве случаев она ограничивается имеющимся резервом пропускной способности железнодорожных путей и необходимы дополнительные меры для пропуска заданного поездопотока.
Следовательно, исходя из производственных требований и условий эксплуатации, для выполнения капитального ремонта перегонных путей на фронте до 600 м в «окна» продолжительностью 8 час. темп выполнения ремонтных работ составляет 75 м/ч. Однако, специфика организации ремонтно-путевых работ заключается в том, что использование в технологическом процессе до 6-8 раз-нофункциональных машин и последовательный ввод их в работу требуют дополнительного времени на развертывание работ или увеличения темпа их выполнения. Величина этой компенсации составляет 20-30% и принимается по среднему значению. С учетом указанного темп выполнения ремонтных работ необходимо принимать не менее 100 м/час.
Станционные пути характеризующие меньшей чем перегонные эксплуатационной длиной (405 м), фронтами работ (390 м) и менее жесткими требованиями к продолжительности «окон», поскольку закрытие одного и даже двух путей для выполнения ремонтных работ компенсируется имеющимся резервом пропускной способности станции. Поэтому принятый темп работ на уровне 100 м/час в полной мере обеспечивает ремонт станционных путей в «окна» продолжительностью до 5 час.
Характерными особенностями технологических путей являются их небольшие эксплуатационная длина (180 м) и фронт работ (160 м), а также жесткие ограничения продолжительности закрытия для ремонта в связи с необходимостью ритмичного обслуживания производственных агрегатов (в первую очередь металлургических). В данном случае принятый темп работ на уровне 100
м/час позволяет выполнять работы капитального ремонта в «окна» продолжительностью до 2-3 час.
Существенные особенности имеет установление технологических параметров переукладочных работ на карьерах. Фронт работ, объемы и сроки выполнения переукладай погрузочных путей рабочих уступов определяются здесь организацией экскаваторных работ (рис. 1). Установлено, что наиболее эффективное использование экскаваторов достигается при выполнении путеукладочных работ в периоды их планово-предупредительного ремонта (111IP). Следовательно, длина фронта переукладаки пути должна приниматься равной минимальной длине блока, отрабатываемого экскаватором за межремонтный период, а продолжительность переукладаки пути должна соответствовать времени, отводимому на его планово-предупредительный ремонт.
Рис. 1. Технологический график организации выемочно-погрузочных и вспомогательных работ на уступе.
Минимальная длина экскаваторного блока находится в функциональной зависимости от следующих факторов: производительности экскаватора, параметров уступа (высоты уступа и ширины заходки), запаса взорванной массы, транспортного обслуживания и др. Совместный анализ этих факторов позволил графоаналитическим методом определить минимальную длину экскаваторного блока или фронта путепереукладочных работ на уступе (рис.2). Она находится в пределах 600-710 м, а в наибольшем значении может достигать 1400 м.
Сроки выполнения путепереукладочных работ определяются продолжительностью ППР экскаватора. При существующей системе 111 IP для основных типов экскаваторов ЭКГ-8, ЭКГ-12,5 и т.д. она составляет 3-4 суток. При совмещении путепереукладочных работ с ППР продолжительность переукладаки пути не должна превышать 2 суток (смен). Учитывая, что переукладочные работы ведутся на тупиковом фронте, по организационным условиям в первую смену на всем блоке выполняется переукладка, а во Вторую - послеукладочный ремонт пути.
На основании вышеизложенного следует, что для карьеров с горным оборудованием цикличного действия длина экскаваторного блока или фронт переукладочных работ должен приниматься не менее 700 м.
Аналитически длина фронта переукладочных работ определяется по формуле
= VQc-.k 'фр вн
т _ м >СС ,,
Ldm ~ —^Т^— > м
где Тм- межремонтный период работы экскаватора, сут.; суточная
производительность экскаватора в скальных породах, м3; к - коэффициент, учитывающий высоту уступа, к=0,8-1,3; В - ширина заходки, м; Н - высота
уступа, м.
Для оценки надежности принятого значения величины фронта переукладки пути проанализирована его фактическая длина на угольных и рудных карьерах. Установлено, что в большинстве случаев (около 65%) она равна 300-350 м, примерно в 25% случаев равна 500-600 м и лишь в 10% случаев составляет 1000— 1400 м.
ДО
г 1 1
г 1 Й
* >С 1 \ 1 \ 1 \ 1 V „г. —1
- 1—1—1— ■ Ьгви А,-*1 1 и* \ 1 , 1 1 -1-1—-
блока от основных
Лтчв ¡ша.и
Рис. 2 Зависимость длины экскаваторного организационно-технических факторов
Поэтому для переукладочных работ на карьерах длина фронта работ принимается равной 700 м, а время на их выполнение - 2 смены. В итоге темп путе-переукладочных работ с учетом времени на их развертывание, обусловленный производственными требованиями, должен приниматься не менее 125 м/ч.
Таким образом, проведенные исследования позволили обосновать для условий промышленного железнодорожного транспорта основные технологические параметры комплексной механизации путевых работ. Установлено, что в большинстве случаев величина фронтов путевых работ на предприятиях не превышает 600-700 м; определена продолжительность "окна" для их выполнения в различных условиях и, на этой основе, обоснован оптимальный темп выполнения путевых работ или техническая производительность ведущей путевой машины комплекта, которая составляет не менее 125 м/ч.
Полученные данные дают основание считать, что комплексная механизация путевых работ на железных дорогах промышленных предприятий должна осуществляться за счет создания системы машин с рабочими органами цикличного действия, которые по своим эксплуатационно-техническим показателям в полной мере удовлетворяют производственным требованиям, условиям эксплуатации и обеспечивают существенное снижение трудовых и стоимостных затрат и повышение производительности труда.
Перечень ссыпок
1. Парунакян В.Э., Гусев Ю.В. Многофакторный анализ основных показателей, определяющих уровень технического состояния железнодорожных путей в производственно-транспортных комплексах // Вестник Приазовского госте-хуниверситета.: Сб. науч. тр. Вып. 2. - Мариуполь, 1996. - С. 211-215.
2. Парунакян В.Э. Комплексная механизация путевых работ на карьерах. - М.: Недра, 1983. -200 с.
3. Путь и путевое хозяйство промышленных железных дорог / В.Ф. Яковлев, Б.А. Евдокимов, В.Э. Парунакян, А.И. Перцев; под ред В.Ф. Яковлева. - М.: Транспорт, 1990. - 341 с.
