CC BY
134
36
Современные технологии - транспорту
^ СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - ТРАНСПОРТУ
УДК 625.1 7 А. В. Андреев
Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I
ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКЦИИ ВЕРХНЕГО СТРОЕНИЯ ПУТИ НА СТОИМОСТЬ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ПРИ РАЗЛИЧНЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ УСЛОВИЯХ
Разрабатывается методика выбора конструкции верхнего строения пути для различных климатических и эксплуатационных условий, исходя из стоимости жизненного цикла. Для этого анализируется изменение технического состояния рельсовой колеи и выхода элементов верхнего строения пути в зависимости от климатических и эксплуатационных условий. Сравниваются промежуточные скрепления различного типа, анализируется работа и составляющие стоимости жизненного цикла для конструкции пути со скреплениями различного типа.
жизненный цикл, стоимость жизненного цикла, текущее содержание пути, верхнее строение пути, промежуточные скрепления, УРРАН.
Введение
Проблема выбора конструктивных параметров железнодорожного пути появилась с начала строительства первой железной дороги между Царским Селом и Санкт-Петербургом и продолжает быть актуальной до сего дня. Проблема состоит в том, что нужно найти то сочетание элементов верхнего строения пути (ВСП), при котором путь будет работать надежно, воспринимая большие нагрузки, обеспечивая максимальную экономичность в эксплуатации.
С введением понятия жизненного цикла и его стоимости работа пути стала рассматриваться как совокупность взаимосвязанных процессов, происходящих в течение периода времени с этапа создания объекта и до его утилизации [1]. Расчет стоимости жизненного цикла (СЖЦ) предполагает определение сум-
марного значения стоимости затрат на объект инфраструктуры в течение пяти этапов: разработки, приобретения, установки, владения и утилизации. Для разработки нормативных документов по ведению путевого хозяйства необходимы технические критерии оптимальной эксплуатации пути, отражающие его стоимость жизненного цикла [2].
1 Определение затрат при текущем
содержании пути
Все этапы жизненного цикла имеют общий характер для любого объекта железнодорожной инфраструктуры. Жизненный цикл для ВСП может быть представлен схематично (см. рисунок).
Для нахождения СЖЦ используют следующую формулу:
2014/3
Proceedings of Petersburg Transport University
Современные технологии - транспорту
37
РАЗРАБОТКА
ПРОЕКТА
КАПИТАЛЬНОГО
РЕМОНТА
(РЕКОНСТРУКЦИИ)
Ф
ПРИОБРЕТЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ВСП
СБОРКА
ф РЕЛЬСОШПАЛЬНОЙ РЕШЕТКИ Ф ТЕХНИЧЕСКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ПУТИ Ф ЗАМЕНА ВСП
И УКЛАДКА ВСП
Этапы жизненного цикла верхнего строения пути
СЖЦ =
= Сразр. + Сприобр. + Сукл. + СТС + Сзам.,
где Сразр - стоимость разработки проекта капитального ремонта (реконструкции); Сприо6р -стоимость приобретения элементов ВСП; Сукл -стоимость сборки рельсошпальной решетки и укладки ВСП; СТС - стоимость технического содержания пути; С - стоимость замены ВСП и его утилизации.
При рассмотрении понятия стоимости жизненного цикла необходимо использовать также методологию УРРАН, которая является развитием зарубежного аналога - методологии RAMS [3]. Суть методологии RAMS заключается в мониторинге элементов инфраструктуры с точки зрения их безотказного, ремонтопригодного и безопасного состояния. В методологии УРРАН к этим понятиям добавляются долговечность конструкций и экономичность эксплуатации объектов [4]. В данной методологии минимизация СЖЦ является обязательным условием оптимизации при эксплуатации объекта инфраструктуры.
Основным этапом, на котором происходит механическое воздействие на объект инфраструктуры, является этап «владения». Применительно к ВСП этап «владения» представляет собой этап «текущее содержание пути».
Из отраслевых стандартов ОАО «РЖД» [1] стоимость владения находится как сумма затрат:
Свл. = ЗЕВ + ЗЭ + Зпл.ТОиР + Знепл.ТОиР, (2)
где ЗЕВ - единовременные затраты на ввод в эксплуатацию; ЗЭ - затраты на эксплуатацию; Зпл ТОиР - затраты на плановое техническое обслуживание и ремонты; ЗнеопллТОиР - затраты
на неплановое техническое обслуживание и ремонты.
Все затраты направлены на организацию либо ремонтных работ, либо работ технического обслуживания (текущего содержания пути), поэтому формула (2) преобразуется в выражение
Свл. ЗТСП + ЗР, (3)
где ЗТСП - затраты на выполнение работ текущего содержания пути; Зр - затраты на выполнение ремонтных работ.
В этой формуле текущее содержание и ремонты рассматриваются совместно. Чтобы правильно анализировать состояние пути, следует разделить эти два понятия.
Рассмотрим более подробно затраты при текущем содержании пути. Они делятся на прямые, накладные и прочие. В данном случае к прямым будут относиться затраты на оплату труда монтеров пути, на эксплуатацию машин и механизмов и на материалы верхнего строения пути. Накладные и прочие затраты определяются в соответствии с действующими нормативами. Дополнительными затратами также являются затраты из-за простоев поездов.
В итоге формула для нахождения затрат при текущем содержании пути будет выглядеть таким образом:
Зтсп = ЕЗГЧР*' +
i=1
n n m
+ ^^дмаш wмаш + ^ ^^мат ^
i=1 i=1 j=1
хм;ат+хзг-tk+Зн+Зпр, руб., (4)
к=1
где i, j, k - индексы, показывающие, что затраты относятся, соответственно, к отдельным
ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС
2014/3
38
Современные технологии - транспорту
работам (от 1 до n), материалам (от 1 до m), поездам (от 1 до q); З раб - затраты на оплату труда монтеров пути за единицу объема работы, руб./ед. об.; З.маш - затраты на работу машин и механизмов за единицу объема работы, руб./ед. об.; Wpa6 - объем работы, выполняемой монтерами пути, ед. об.; WMam - объем работы, выполняемой машинами и механизмами, ед. об.; З^п п - затраты, связанные с увеличением времени хода поезда k, руб./ч; tk - время простоя поезда k, час; З^мат - затраты на материалы для выполнения единицы работы, руб./ед. об.; Ммат - количество материала для выполнения единицы работы, ед. об.; З - накладные затраты; Зпр - прочие затраты.
Затраты на оплату труда монтеров пути и работу машин и механизмов определяются по нормативам, используемым в путевом хозяйстве.
Основными исходными данными для определения стоимости жизненного цикла являются объемы работ (Wpa6 и WMam). Источником данных для расчетов является база данных автоматизированной системы управления путевого хозяйства (АСУ-П).
2 Анализ промежуточных скреплений
при различных климатических
и эксплуатационных условиях
Количество неисправностей рельсовой колеи и объемы выхода в год элементов верхнего строения пути по мере наработки тоннажа изменяются по определенным зависимостям, описание которых приведено в методике прогнозирования технического состояния участков пути, разработанной на кафедре «Железнодорожный путь» ПГУПС [5]. Модель включает три периода эксплуатации железнодорожного пути: период приработки, период нормальной работы и период нарастания неисправностей. Тот же самый вид зависимости можно использовать и для объемов работ, направленных на ликвидацию этих неисправностей.
В ходе исследования был проведен анализ работы пути с различными промежуточными
скреплениями АРС, КБ и ЖБР. На основе анализа построены графики зависимостей, соответственно, одиночного выхода рельсов, негодности скреплений, среднего числа отступлений по ширине колеи, в плане, по уровню и в профиле, а также общих затрат на работы текущего содержания ВСП от наработки тоннажа.
Характеристики верхнего строения пути на рассматриваемых участках: рельсы Р65, закаленные, бесстыковой путь на железобетонных шпалах и щебеночном балласте. Анализ данных конструкций пути был произведен на участках с различными эксплуатационными и климатическими условиями. Аналогичные анализы проведены для всех видов эксплуатационных и климатических условий: высокогрузонапряженные участки, участки с высокой долей пассажирского движения, участки с кривыми малого и среднего радиуса, перевальные участки и участки с высокой продолжительностью зимнего периода.
На основе анализа сравнивалась работа пути со скреплениями марки КБ, ЖБР и АРС. Чтобы выбрать лучший вид скрепления, проводился их анализ до наработки 700 млн т брутто, которая является критерием для назначения капитальных ремонтов бесстыкового пути [6]. В таблице в качестве примера приведены сводные результаты анализа состояния пути для участков скоростного и высокоскоростного движения. Выделены наилучшие показатели по каждому условию рассмотрения.
В результате анализа можно сделать следующие выводы. Показатели одиночного выхода рельсов и негодности скреплений при использовании скрепления типа КБ достаточно высоки. При высоких скоростях динамика воздействия на элементы ВСП повышается, тем самым способствуя ослаблению затяжки закладных и клеммных болтов. Кроме этого, жесткость скрепления КБ обусловливает более интенсивный выход скрепления из строя. Скрепления АРС и ЖБР ведут себя приблизительно одинаково.
При рассмотрении среднего числа отступлений по ширине колеи можно отметить высокий показатель этой неисправности на участках со
2014/3
Proceedings of Petersburg Transport University
Современные технологии - транспорту
39
Анализ скреплений до наработки 700 млн т брутто
Объект Тип скреплений
Все виды скреплений АРС ЖБР КБ
Одиночный выход рельсов, шт./год 0,86 0,54 0,37 0,93
Негодность скреплений, % 5,19 0,36 0,27 5,18
Среднее число отступлений по ширине колеи, шт. 0,98 2,58 0,42 0,83
Среднее число отступлений в плане, шт. 0,03 0,00 0,01 0,03
Среднее число отступлений по уровню и в профиле, шт. 2,86 1,35 7,90 2,89
Общие затраты на работы текущего содержания ВСП, млн руб. 0,41 0,22 0,47 0,44
скреплением АРС (по сравнению со скреплениями типа ЖБР и КБ) из-за несовершенства конструкции.
Зависимость среднего количества отступлений по уровню и в профиле от наработки тоннажа показывает, что число отступлений на пути со скреплением ЖБР гораздо выше, чем у скреплений других видов, а упругое скрепление АРС показывает наилучшие показатели.
При рассмотрении затрат на работы текущего содержания ВСП видно, что в условиях скоростного и высокоскоростного движения скрепления КБ и ЖБР дороже обходятся дороге в эксплуатации, чем анкерное скрепление типа АРС.
Заключение
Окончательное решение по выбору конструкции пути для различных условий эксплуатации должно приниматься по техническим критериям, основанным на изменении технического состояния пути в течение жизненного цикла и стоимости жизненного цикла. Следующим этапом приведенного исследования является разработка этих критериев.
Библиографический список
1. СТО РЖД 02.037-2011. Управление стоимостью жизненного цикла систем, устройств и оборудования хозяйств ОАО «РЖД». Управление ресурсами на этапах жизненного цикла, рисками и анализом надежности (УРРАН). - Москва : Изд-во стандартов, 2011. - 28 с.
2. Выбор оптимальной конструкции пути в зависимости от стоимости жизненного цикла / В. П. Бельтюков // Проблемы взаимодействия пути и подвижного состава : Тр. междунар. науч.-практич. конф., Днепропетровск, 18-19 сент. 2013 г. - Днепропетровск : ДИИТ, 2013. - С. 60-61.
3. Рекомендации по применению ключевых показателей УРРАН в хозяйствах инфраструктуры : Распоряжение ОАО «РЖД» от 2011 г.
4. Инновационные подходы в развитии инфраструктуры / М. А. Чернин // Евразия Вести. -2012. - № 9. - С. 7.
5. Методика прогнозирования технического состояния участков пути : окончат. ред. / В. П. Бельтюков и др. // Технические условия на работы по реконструкции (модернизации), ремонту и планово-предупредительной выправке пути : отчет о НИР. Шифр темы № 10.2.022.Р. Санкт-Петербург : ПГУПС, 2011.
6. Технические условия на работы по реконструкции (модернизации) и ремонту железнодорожного пути : Распоряжение ОАО «РЖД» № 75 р. от 18 янв. 2013 г.
ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС
2014/3
