Оценка обеспечения безопасной эксплуатации грузовых вагонов Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Современные технологии. Механика и машиностроение

ние интересующей нас функции Ы в зависимости от угла внедрения р профиля вала.

Примерный вид РК-3 профильного соединения под действием нагрузки и без нагрузки представлен на рис. 3.

Рис. 3. РК-3 профильное соединение под действием нагрузки и без нагрузки

По результатам работы можно сделать следующие выводы:

- определен аналитический вид изменения геометрического нормального натяга в РК-профильном соединении. Установлен гармонический вид его изменения;

- получены числовые результаты параметров

уравнения геометрического нормального натяга в

РК-профильном соединении для различных посадок с натягом от внешней нагрузки.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Моргунов А.П. Разработка и обеспечение прочности профильных неподвижных неразъемных соединений. Автореферат дис. на соиск. ученой степени докт. техн. наук, Омск, Ом ГТУ, 1998 - 38 с.

2. Тимченко А.И. РК-профильные соединения и их применение в различных отраслях промышленности // СТИН.- 1993.- № 2. - С. 13-18.

3. Индаков Н.С. Технологическое управление эксплу-тационными свойствами РК-профильных соединений. - Автореферат. Брянский институт транспортного машиностроения, 1979, с. 21.

4. Ильиных В.А. Расчет и выбор конструктивных параметров профильных соединений с равноосным контуром. Автореферат дис. на соиск. ученой степени канд. техн. наук. - М.: МВТУ, 1987. - 16 с.

5. Косов М. Г. Автореферат дис. на соиск. ученой степени канд. техн. наук. - М.: Станкин, 1986 - 24 с.

6. Лашнев С.И., Борисов А.Н., Емельянов С.Г. Геометрическая теория формирования поверхностей режущими инструментами: Монография/ Курск. гос. техн. ун-т. - Курск, 1997. - 391 с.

УДК 629.46

Налабордин Денис Геннадьевич,

ассистент кафедры «ВиВХ» ЗабИЖТ, тел.: 89144356571

ОЦЕНКА ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ

D.G. Nalabordin

ASSESSMENT OF SAFE OPERATION OF FREIGHT CARS

Аннотация. В статье рассмотрены вопросы безопасной эксплуатации грузовых вагонов и значимость факторов, определяющих степень риска транспортного происшествия при существующем уровне качества выполнения плановых ремонтов.

Ключевые слова: безопасность движения поездов, риск транспортного происшествия.

Abstract. The article discusses the safe operation of freight cars and the importance of factors determining the risk of accident at the existing level of quality of performance of planned repairs.

Keywords: traffic safety, the of accident.

Для обеспечения безопасности движения в условиях перехода на новую систему планово-предупредительного ремонта и увеличения межремонтного ресурса грузовых вагонов необходимо не просто устранять причины допущенных нарушений безопасности, но и создать эффективную систему предупреждения на основе глубокого анализа статистической информации об отказах. Это необходимо для того, чтобы принять все меры и, по возможности, исключить в дальнейшем вероятность нарушения безопасности.

ИРКУТСКИМ государственный университет путей сообщения

Подобный подход необходим для создания управленческих инструментов и механизмов, которые позволят своевременно принять меры по выявлению возможных рисков и воздействовать на них до наступления отказа.

Известно, что до 40% всех нарушений безопасности движения приходится на вагонное и путевое хозяйства. При этом по числу браков в работе вагонное хозяйство лидирует. Так, по данным ОАО «РЖД», каждый третий случай брака от общего их числа на сети дорог происходит по вине вагонного хозяйства, каждый третий сход подвижного состава в организованных поездах - из-за технической неисправности вагонов.

Транспортное происшествие, приводящее к нарушению безопасности движения в поездной и маневровой работе, на железных дорогах классифицируется на следующие виды:

- крушение;

- авария;

- особые случаи брака в работе;

- случаи брака в работе.

Любое из мероприятий, направленных на устранение причин транспортных происшествий, для своей реализации требует определенных ресурсов - материальных, трудовых, финансовых - и затрат времени. Поэтому необходимо учитывать эффективность мероприятий, которые обычно включаются в отраслевые программы обеспечения безопасности. Перед транспортной наукой стоит задача создания методологической основы для оценок эффективности мероприятий по обеспечению безопасности движения.

Для решения этой непростой задачи нужен системный подход, в основе которого должна лежать концепция обеспечения безопасности движения, в качестве которой уместна известная в теории надежности идея глубокого эшелонирования защиты рассматриваемого объекта (вагона) от аварий.

Как известно, не существует абсолютной безопасности в любой деятельности, и особенно это касается атомной энергетики, химического производства, железнодорожного, автомобильного и авиационного транспорта. Поэтому цель системы обеспечения безопасности движения должна состоять в достижении допустимого ее уровня.

В соответствии с ГОСТ Р 22.2.08-96 [1] под безопасностью по параметрам движения поезда технического средства понимается свойство технического средства железнодорожной транспортной системы не иметь опасных по параметрам движения поезда отказов за расчетное время. В свою очередь под опасным по параметрам движе-

ния поезда отказом технического средства подразумевается отказ технического средства железнодорожной транспортной системы, в результате воздействия которого движение поезда переходит в опасное состояние.

Под опасным отказом вагона следует понимать событие, состоящее в переходе его в аварийное состояние - состояние, которое при наложении на него рокового сочетания обстоятельств может немедленно привести к транспортному происшествию с весьма тяжелыми последствиями - к аварии или крушению поезда. Переход конструкций, в том числе вагонных, в это состояние происходит из-за недостаточной прочности или ее исчерпании в процессе эксплуатации, низкого качества и несвоевременности ремонта и так далее.

Часть из подобных причин являются объективными. Так, пока не существует технических средств контроля процесса накопления усталостных повреждений в материале конструкции, следовательно, не существует и фиксации предпре-дельного состояния. В результате наступает момент, случайный, для обслуживающего персонала, когда вследствие цикличности нагружения запас прочности в материале будет исчерпан - материал переходит в хрупкое состояние, разрушение в этом смысле может наступить в любой момент времени при напряжениях ниже допускаемых.

К тому же вагонные конструкции имеют один существенный недостаток - ограниченную контролепригодность некоторых ответственных несущих узлов в условиях эксплуатации относительно повреждений, имеющих внешние признаки. Для грузовых вагонов упомянутый недостаток особенно опасен из-за специфической формы их эксплуатации - обезличенной.

Вследствие указанных выше причин, присутствие брака в работе осмотрщиков и определенной живучести конструкции вполне реальна ситуация, когда вагон какое-то время находится в так называемом скрытом (для всех) аварийном состоянии, но используется в перевозочном процессе как исправный.

Пребывание вагона в скрытом аварийном состоянии может завершиться либо постановкой его в плановый ремонт (просто пришло время), либо обнаружением опасного повреждения узла вагона с последующей отцепкой вагона в текущий ремонт, либо переходом собственно вагона в очевидное для всех состояние полной потери работоспособности (сход с рельсов, разрыв автосцепки и др.) с соответствующими последствиями той или иной тяжести. При этом для выявления причины транспортного происшествия (какая деталь отка-

Современные технологии. Механика и машиностроение

зала, почему и по чьей вине) нередко требуются достаточно сложные разбирательства с привлечением экспертов.

Для грузового вагона под риском аварии наиболее естественно понимать вероятность потери информации о его техническом состоянии. При разработке модели эксплуатационной безопасности вагона (в соответствии с [4]) выделяется три основных этапа получения показателя риска аварии.

Первый этап - получение данных о наработках грузовых вагонов в скрытом аварийном состоянии в условиях нормальной их эксплуатации на сети железных дорог.

Второй этап - обоснование типа порождающего закона распределения вероятностей, то есть функции, с помощью которой следует аппроксимировать полученные наработки вагонов соответствующему закону распределения.

Третий этап - получение точечных оценок параметров функции распределения.

В ОАО «РЖД» намечены практические шаги по повышению надежности грузовых вагонов и готовности их к перевозкам, основным из которых является полный переход от плановой системы деповского ремонта грузовых вагонов по календарному сроку к ремонту вагонов по объему выполненной работы (рис. 1).

- интегральной оценки изменения технического состояния с определением оптимальной структуры ремонтного цикла для каждого типа подвижного состава.

Однако, по данным ОАО «РЖД», в настоящее время на дорогах России каждый грузовой вагон рабочего парка в среднем 2-3 раза в год поступает в текущий ремонт. Так, в среднем за год отцепляется 1 250 тыс. вагонов. При этом основной причиной отцепок грузовых вагонов в межремонтном периоде является низкое качество выполнения их планово-предупредительных (деповских, капитальных) ремонтов.

В настоящей статье рассмотрена модель безопасности грузового вагона для случаев, когда вагон после планового ремонта сдается в эксплуатацию в неисправном состоянии. То есть переход в неисправное состояние заложен при плановом ремонте или, другими словами, не обеспечено полное восстановление объекта в соответствии с требованиями нормативно-технической и конструкторской документации.

Графически модель представлена на рис. 2, при этом считается, что время появления опасного повреждения совпадает со временем сдачи вагона в эксплуатацию после планового ремонта. Другими словами, первая отцепка грузового вагона в текущий ремонт для рассматриваемого случая будет являться производственным отказом.

Напомним, что в соответствие с ГОСТ 27.002 - 89 [2] под производственным отказом понимается отказ, возникший в результате несовершенства или нарушения установленного процесса изготовления или ремонта объекта, выполнявшегося на ремонтном предприятии.

к тРСО

— '--

Рис. 1. Существующая и планируемая системы ремонта полувагонов

Ремонты подвижного состава будут оптимизированы за счет:

- сбора и систематизации информации о техническом состоянии оборудования и узлов с использованием результатов их диагностирования и учета конкретных условий эксплуатации подвижного состава;

- анализ статистических данных показателей долговечности и безотказности оборудования, деталей и узлов агрегатов;

Рис. 2. Вариант выхода вагона из САС

На рисунке приняты следующие обозначения: £ и q - наработка вагона до появления и обнаружения опасного повреждения соответственно;

1б

БД

заранее планируемый момент постановки

вагона в глубокую диагностику (или в ремонт); tР - момент полной потери работоспособности вагона; t1 и t2 - соответственно момент начала и окончания действия РСО; тж - живучесть конструкции; Тост = 1бд - £ - наработка аварийного вагона до ближайшего планового ремонта (деповского или

ИРКУТСКИМ государственный университет путей сообщения

капитального) или глубокой диагностики; £ - промежуток времени между моментами появления и обнаружения опасного отказа (Z = q - тРСО = t1 - t2 - продолжительность действия РСО.

Понятно, что величины Z, q, тж, тост, tp, t1, t2, являются случайными, а на рис. 2 показаны их конкретные реализации.

Для получения массива данных по наработкам грузовых вагонов до первого производственного отказа в течение 2009 года в эксплуатационных вагонных депо Забайкальской железной дороге проводилось техническое обследование грузовых вагонов. По каждому грузовому вагону заполнялся контрольный листок его технического состояния, в котором регистрировались все необходимые параметры и давалось комиссионное заключение о причине отказа. На все вагоны, отцепленные по производственной причине, оформлялись акты-рекламации по форме ВУ-41М. При этом учитывалась только та номенклатура повреждений, вследствие которых при переходе вагона в неработоспособное состояние существует наибольшая вероятность риска исхода транспортного происшествия. В качестве основных причин отцепок рассматривались отцепки, связанные с обнаружением трещин несущих элементов кузова (обрыв сварных швов стоек, поперечных промежуточных, шкворневых балок, трещины в хребтовой балке), ходовых частей (тележек и колесных пар), автосцепного устройства, неисправности поглощающих аппаратов и т. п.

В данном случае, согласно ГОСТ 27.002-89, план наблюдений за объектами соответствует плану испытаний на надежность [NUN], по которому одновременно испытывают N объектов. Отказавшие во время испытания объекты не восстанавливают и не заменяют, испытания прекращают, когда число отказавших объектов достигло г (N = г).

В соответствии с ГОСТ 27.502-83 «Система сбора и обработки информации. Планирование наблюдений» [3] достаточный объем выборочной совокупности объектов для плана испытаний [NUN] при доверительной вероятности 0,99 и предельной относительной ошибке не более 0,05 -100 объектов (вагонов).

Фрагмент выборочной совокупности грузовых вагонов представлен в табл. 1.

В табл. 2 представлен фрагмент статистического ряда эмпирических значений наработок грузовых вагонов.

Таблица 1

Фрагмент выборочной совокупности наработок грузовых вагонов до первого производственного отказа

№ Номер вагона Наработка до первого отказа, км Причина отказа

1 65051021 13560 Неисправность поглощающего аппарата

2 61977559 9375 Обрыв сварного шва стойки кузова вагона

3 64373434 32780 Обрыв балок по сварке, разрыв накладок

4 61425526 5677 Трещина боковой рамы тележки

5 61564803 10560 Трещина или излом надрессорной балки

6 63449771 25678 Трещина или излом надрессорной балки

7 61898441 2545 Обрыв сварного шва стойки кузова вагона

8 61840641 4565 Трещина корпуса поглощающего аппарата

9 61849261 11720 Трещина боковой рамы тележки

10 63634729 3476 Трещина корпуса автосцепки

11 65523649 23655 Повреждение обвязочных брусьев

12 63524235 7355 Повреждение крепления двери

13 61797379 14575 Трещина корпуса поглощающего аппарата

100 67241174 21343 Обрыв балок по сварке, разрыв накладок

Таблица 2

Фрагмент статистического распределения наработок выборочной совокупности грузовых вагонов до первого

\ (0; 10) (10; 20) (20; 30) (30; 40) (80; 90)

m 12 31 24 14 1

Аппроксимация эмпирических частот закону гамма-распределения выполнена с помощью программного комплекса Statistica 6.0. Порядок выравнивания эмпирических частот теоретическим значениям приведен в табл. 3.

Эмпирическое среднее значение случайной величины, дисперсии и среднего квадратичного отклонения равны соответственно:

Современные технологии. Механика и машиностроение

m

I

х =

xm 1 1 450

N

9

= 50

1 "

D( x) = I m( x - x )2

63200 450

= 140,44

а(х) = JD(x) =J140,44 = 11,85 .

Определены параметры распределения: 50

X =

x

= 0,36.

х) 140,44 т1 = М = 0,36 • 50 = 18.

Таблица 3 Выравнивание эмпирических данных - наработок

№ xi mi = 2Àxt f ( x) m[ (m - m|)2 m'

1 2 3 4 5 6 7

1 10 12 7,2 0,01130 11,30 0,15

2 20 31 14,4 0,02864 28,64 0,19

3 30 24 21,6 0,02588 25,88 0,71

4 40 14 28,8 0,01671 16,71 0,44

5 50 8 36,0 0,00916 9,16 0,15

6 60 5 43,2 0,00455 4,55 0,04

7 70 3 50,4 0,00212 2,12 0,37

8 80 2 57,6 0,00095 0,95 1,16

9 90 1 64,8 0,00070 0,70 0,13

I 450 100 --- — 100,01 3,34

В качестве согласованности эмпирических частот теоретическому закону распределения был использован критерий Пирсона, согласно которому (при значении критерия %2 = 3,34 вероятность равна Р = 0,7639) можно считать, что закон гамма-распределения достаточно удовлетворительно воспроизводит заданное статистическое распределение.

Гистограмма распределения частот наработок грузовых вагонов до первого производственного отказа в сравнении с кривой плотности гамма-распределения представлена на рис. 3.

Рис. 3. Гистограмма частот наработок грузовых вагонов до первого производственного отказа

Таким образом, в результате проведенного исследования получен закон распределения риска транспортного происшествия для случаев, когда первая причина отказа грузового вагона в эксплуатации является производственной. При этом случайная величина - наработка вагона до первого отказа - подчиняется закону гамма-распределения с плотностью вероятностей

1 '

(p(t ) =

1)!

t^e 2, при t = 2Àx .

Стоит также отметить, что переход на новую систему планово-предупредительного ремонта по фактически исполненному пробегу в условиях повышения межремонтного ресурса грузовых вагонов с обеспечением надлежащей (гарантированной) безопасности движения возможен только с одновременным внедрением мероприятий, направленных на повышение качества ремонта и технического обслуживания вагонов.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Безопасность движения поездов. Термины и определения. ГОСТ 22.2.08.-96. - М.: Изд-во стандартов, 1997. - 25 с.

2. Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения. ГОСТ 27.002-89. - М.: Изд-во стандартов, 1990. - 37 с.

3. Надежность в технике. Система сбора и обработки информации. Планирование наблюдений. ГОСТ 27.502-89. - М.: Изд-во стандартов, 1990. - 23 с.

4. Вагонное хозяйство: учебник для вузов ж. -д. транспорта / П.А. Устич, И.И. Хаба, В.А. Ива-

ИРКУТСКИЙ государственный университет путей сообщения

шов и др.; под ред. П.А. Устича. - М.: Маршрут, 2003. - 560 с.

5. Статистические методы обработки эмпирических данных. ВНИИНМАШ - М.: Изд-во стандартов, 1978. - 230 с.

6. Ивановский Р.И. Теория вероятностей и математическая статистика. Основы, прикладные

аспекты с примерами и задачами в среде MathCAD. Учебное пособие. «БХВ - Петербург». -2008 г. - 528 с.

7. Халафян А.А. Statistica 6. Статистический анализ данных. 3-е изд. Учебник - М.: ООО «Бином-Пресс», 2007. - 512 с.

УДК 614.841.3 Полянский Иван Сергеевич,

преподаватель кафедры Математики и информатики ФГОУ ВПО Восточно-Сибирский институт МВДРФ,тел.: (3952) 41-11-17, e-mail: ipolanskiy@mail.ru

Аршинский Леонид Вадимович,

д.т.н., доцент, начальник факультета послевузовского профессионального образования ФГОУ ВПО Восточно-Сибирский институт МВД РФ, тел.: (3952) 41-07-49, e-mail: larsh@mail.ru

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМЫ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ ЗАЩИТЫ ОБЪЕКТОВ ВОСТОЧНО-СИБИРСКОЙ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ (ПО МАТЕРИАЛАМ 2003-2008 гг.)

I.S. Polyanskiy, L.A. Arshinskiy

EVALUATING THE EFFECTIVENESS OF FIRE PROTECTION FACILITIES OF THE EAST-SIBERIAN RAILWAY (BASED ON 2003-2008)

Аннотация. В статье проанализированы пожары на объектах Восточно-Сибирской железной дороги за период с 2003 по 2008 гг. На основе рассмотренных данных оценены риски пожаров на стационарных объектах и подвижном составе дороги за рассматриваемый период. Оценки выполнялись с помощью качественных и количественных показателей рисковых событий и матрицы качественно-количественных характеристик риска.

Ключевые слова: пожар, пожарные риски, управление рисками.

Abstract. The article analyzes the fires at the facilities of the East-Siberian railway for the period from 2003 to 2008. Based on its review of data assessed the risks of fires in fixed installations and rolling stock of the road during the period. Ratings were carried out using qualitative and quantitative indicators of risk events and matrix of qualitative and quantitative characteristics of risk.

Keywords: fire, fire risk, risk management.

В настоящее время на железнодорожный транспорт приходится 70% от всех перевозок, осуществляемых в России различными видами транспорта. Большая напряженность работы железнодорожного транспорта предъявляет высокие требования к качеству обслуживания, своевременную доставку пассажиров и грузов. Одной из таких помех этому могут служить аварии различного характера, в том числе приводящие к пожарам. Исключением не является и Восточно-Сибирская железная дорога (далее ВСЖД). За период с 2003 по 2008 гг. на ней произошло 87 пожаров. При этом, как показывает анализ, основное их количество 46 (53%) произошло на стационарных объектах (на январь 2009 года - 2 933 объекта) и 41 (47%) на подвижном составе (на январь 2009 года - 2 931 объекта) [2]. Классификация пожаров по местам возникновения представлена на рис. 1.