Вплив стану колії на безпеку руху промислових залізниць Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

делениях на существующих железнодорожных путях.

Список литературы

1.Ловчук Г.П. и др. Прикладная геодезия. М.: Недра, 1983.

2.Борисов Э.А. Определение характеристик круговых кривых по хордам. Известия ВУЗ: Геодезия и аэрофотосъемка, №2-3, 1994.

3.Мазин И.Д., Сытник В.С. Пособие по инженерногеодезической съемке на действующих промышенных предприятиях. - М.: Недра, 1983.

4.Райфельд В.Ф. Геодезические работы при строительстве и реконструкции железных дорог. - М.: Недра, 1989.

5.Борисов Э.А. Исследование способов определения радиусов кривых, основанных на измерениях длин кривых и хорд. Известия ВУЗ: Геодезия и аэрофотосъемка, №1, 1993.

Борисов Э.А. Исследование хордовых способов определения радиусов кривых: Сб. науч. тр. - Донецк: ДонИЖТ, 2012. - Вып. . - с.

Аннотации:

Способы определения радиусов кривых, основанные на измерениях хорд, проклассифицированы и проанализированы с точки зрения параметров точности линейных и угловых элементов круговой кривой. Приведены рекомендации по практическому использованию рассмотренных способов.

Способи визначення радiусiв кривих, KOTpi засноваш на вимiрюваннi хорд, були класифжова-н по групах та проаналiзованi з точки зору пара-MeTpiB точност лшшних i кутових елеменпв кру-гово! криво!. Даш рекомендацп до практичного використання розглянутих способiв.

Ways to define the radiuses of curves based on measurements of chords, sorted and analyzed in terms of accuracy of linear and angular elements circular curve. Provides recommendations for the practical use of ways.

УДК 625.143.482

ДАРЕНСЬКИЙ О.М. к.т.н., професор (УкрДАЗТ).

Вплив стану колй' на безпеку руху промислових залiзниць

Вступ

Забезпечення безпеки руху е актуальною задачею в умовах промислових за-лiзниць при перевезеннях особливо небе-зпечних вантаж1в - розплавленого металу i шлаку при безпосередньому контактi працiвникiв пiдприемств з технологiчним промисловим транспортом. За даними служб колп ППЗТ на сходи рухомого складу поза зоною стршочних переходiв припадае вщ 67 до 80%. З них частина сходiв через порушення стшкосп рухомого складу або рейко-шпально'1' решiтки становить 65%, через руйнування рейок -25%. Але на цей час не визначеш стани колп, яю е небезпечними для руху спеща-льного та спецiалiзованого рухомого складу промислового транспорту з висо-кими осьовими навантаженнями.

Це питання потребуе спещальних дослщжнь.

Основна частина

Дослiдження пружних i дисипатив-них характеристик рейкових опор та !х змiн в процес експлуатацп [1], встановленi залежносп розвитку вертикальних i гори-зонтальних нерiвностей коли промислово-го транспорту в рiзних експлуатацiйних умовах [2], розроблеш методи визначення динамiчних вертикальних i горизонталь-них поперечних сил взаемодп коли та рухомого складу на базi концепцп коли як балки на багатьох пружно-дисипативних опорах i пропонований комплекс моделей елементiв верхньо! будови колп МКЕ [3], дозволили реалiзувати загальний тдхщ до вирiшення проблеми тдвищення безпеки руху промислового залiзничного транспорту, викладений у [4].

Багатоварiантнi розрахунки вертикальних i горизонтальних поперечних сил взаемодп двадцяти найбшьш поширених типiв спецiальних i спецiалiзованих ваго-нiв металургiйних i прничодобувних пiд-приемств дозволили визначати характеристики стiйкостi цих екiпажiв i рейко-шпально'1' решiтки [4] в рiзних експлуата-

цiйних умовах. До таких умов експлуатацп вiдносяться характеристики рейок, включаючи 1'х знос, жорсткiсть i е^вале-нтний коефщент дисипаци рейкових опор, довжина i амплiтуда вертикальних i горизонтальних нерiвностей колп. Всi цi характеристики е змшними, залежними вiд факторiв часу або пропущеного по дь лянках тоннажу. Розрахунок характеристик стшкосп в свою чергу дозволив вста-новити критичнi значення динамiчних сил взаемодп рухомого складу i колп i вщпо-вiднi цим значенням часовi показники. Розрахунки показали, що найбiльший вплив на величини цих сил мають нерiв-носп колп.

Розрахунки напруженого стану еле-ментiв верхньо! будови коли, в першу чергу рейок, виконаш iз застосуванням комплексу моделей МКЕ [3] дали можли-вiсть визначити стввщношення дiючих i допустимих напружень, встановити кри-тичнi умови експлуатацп, головними з яких також виявилися характеристики не-рiвностей, i вщповщш цим умовам часовi показники.

Однак така шформащя дала лише якiсну ощнку - виконуються чи нi умови безпеки. Кшькюна оцiнка виникаючих змш умов безпеки руху можна отримати за допомогою теорп надiйностi.

Безпосередньо до поняття безпеки руху примикають таю характеристики на-дiйностi як безвщмовнють i довговiчнiсть. Безвiдмовнiстю е здатшсть зберiгати пра-цездатнiсть протягом деякого напрацю-вання без вимушених перерв. Характери-зуеться такими числовими показниками як ймовiрнiсть i середнiй час безвщмовно! роботи, частотою та iнтенсивнiстю вiдмов та середшм часом роботи мiж вiдмовами. Методики розрахунюв показникiв надш-ностi наведеш в спецiальнiй лiтературi [5].

Найбшьш повну шформащю про безвiдмовностi роботи системи екшаж-колiя мiстить закон розподшу напрацю-вань до першо! вiдмови. В якостi таких розподшв в розрахунках надiйностi вико-

ристовуються експотенщальний, рiвномi-рний, Реллея, Вейбулла та iншi розподiли. Однак, враховуючи той факт, що констру-кцiя коли забезпечуе в початковий, в де-яких випадках досить тривалий, перюд експлуатацп безпечний i безвiдмовний рух по'1здв, у розглядаемих розрахунках надiйностi слщ використовувати усiчений нормальний розподiл Гауса. Нормальний розподш визначаеться двухпараметрич-ними функщями / х) и F х) [6, 7]:

I (t, х) =

I

F (t, х) = {

2а2

2а2

42ж

л

а

I

Р(Г) = F (t, х)| I (Г

зазвичай досить добре описуються емт-ричними рiвняннями парабол:

х^) = а^ а(г) = сга +а

(3)

(1)

де: F (I х) - функщя розподiлу; I х) - щшьшсть нормального роз-подiлу;

t - час до першо'1 вщмови; х - математичне очiкування часу роботи, якш вiдповiдае критичним станам коли;

а - дисперсiя ще'1 величини. Функцiя розподiлу визначае функ-цiю надiйностi Р(^ або ймовiрнiсть безвь дмовно'1 роботи [7, 8]:

(2)

Критичш значення характеристик коли хкр - ампл^уди i довжини нерiвностей,

значення пружно-дисипативних характеристик рейкових опор та iншi, визначаються розрахунками з умов можливого порушен-ня стшкосп еюпажу, рейко-шпально'1 решь тки або руйнування рейки [4].

Змiни характеристик колп х1 в часi (ампл^уда нерiвностi х1 = ц; довжина не-рiвностi х^ = I ; жорсткiсть рейкових опор х1 = с; дисипацiя опор х1 = ( i так дал^,

де: t - перюд роботи;

- дисперсiя величини х{;

а, Ь, с, й - емтричш коефiцiенти, одержат або методом випрямлення, або методом найменших квадратсв;

а - дисперая величини х на початку роботи.

Перевiрку вiдповiдностi емтрично-го закону розподшу можна виконати за допомогою критер^ Колмогорова або Фiшера [5].

Якщо залежностi (3) визначенi за перюд спостережень, близький за триваль стю до перюду безвщмовно'1 роботи, то вони дозволяють виконати екстрополящю i розраховувати перiод безвщмовно'1 роботи t = Т0 з умови Р(г) > 0,9973 , тобто до-пустиме значення х [7]:

х^) = х(^) + 3а(г).

Функц11', зворотш рiвнянням (3) дозволяють визначати математичне очшу-вання х i диспераюа для рiвняння (1).

Таким чином, застосування теорп надiйностi дае можливють отримати характеристики надшносп системи екшаж-колiя (рiвняння 1 i 2), розумiючи пiд системою, в даному випадку, «комплекс складових, мiж якими iснують взаемш вь дносини» [5].

Черговiсть виконаних розрахункiв була прийнята наступною:

1) Формування вихщних даних:

- залежносп змiн жорсткостi рейкових опор;

- залежносп змiн еквiвалентних ко-ефiцiентiв дисипаци опор;

- залежносп змiн характеристик не-рiвностей колп;

а-х )2

е

(t-х )2

е

- експорт в табличному формат Excel результат визначень сил взаемодп екiпажiв та колп;

- експорт в табличному формат Excel результатв визначень д^чих на-пружень в рейках.

2) Розрахунки умов стшкосп рухомого складу, рейко-шпальноï решiтки i умов втомноï мiцностi рейок, визначення критичних значень вертикальних i гори-зонтальних поперечних динамiчних сил.

3) Пошук за допомогою вбудованоï функцп програмноï системи Mathcad кри-тичних сташв колп, в першу чергу характеристик нерiвностей.

4) Визначення математичного очшу-вання i дисперсп часових показниюв експлуатацп, вiдповiдних критичним станам колп.

5) Розрахунок ймовiрностей безвщ-мовноï роботи системи екшаж - колiя за

критерiями стшкосп екшажу, рейко-шпальноï решiтки та мщносп рейок.

Пропонована методика розрахунюв реалiзована в програмнiй системi Mathcad.

На рисунку 1 приведет, як приклад, функцп ймовiрностей безвiдмовного руху чавуновозiв вантажопiдйомнiстю 140 т по колп з рейками типу Р65 на залiзобетон-них шпалах в кривш радiусом 400 м з не-рiвнiстю плану лшп довжиною 6 м i амп-л^удою 60 мм пiсля пропуску 350 млн.т . зi швидкiстю 7 км / год за критерiями стiйкостi вагона, рейко-шпальноï решiтки та мiцностi рейок, яю були отриманi в результат розрахункiв. Загальна ймовiр-шсть безвiдмовноï роботи цiéï системи дорiвнюe добутку ймовiрностей безвщмо-вноï роботи по зазначеним критерiям i наведена на рис. 1-г.

а)

б)

Рис. 1.Функцп надiйностi роботи системи екiпаж-колiя при рус чавуновозiв ван-

тажопiдйомнiстю 140т:

а.) за критерiем стiйкостi реш^ки;

б) за критерiем стiйкостi екшажу;

в) за критерiем мiцностi рейок;

г) 1-загальна ймовiрнiсть безвiдмовноi роботи;

Розрахунки ймовiрностей безвщмо-вно! роботи дозволяють визначати допус-тимi значення несправностей колп на дь лянках обертання рiзного рухомого складу, планувати проведення ремонтно-колшних робiт.

Однак, безпека руху повинна бути забезпечена i до проведення ремонтно-колiйних робiт протягом певного часу. Сдиним способом зниження рiвня дiючих сил, пiдвищення стiйкостi екiпажiв i рей-ко-шпальнох решiтки, запоб^ання зламiв рейок, е обмеження швидкостей руху.

Так, на рисунку 1-г наведена функцiя на-дiйностi при рус чавуновозiв 140 т. при обмеженш швидкостi руху до 3 км / год. Розрахунки функцш надшносп для рiзних експлуатацiйних умов металургшних i гiрничодобувних пiдприемств дозволили встановити допустимi швидкостi руху по дшянках колii, якi мають нерiвностi про-фiлю i плану рiзного ступеня розвитку i при поеднанш цих несправностей (таблицi 1 i 2). Такi обмеження дозволяють продо-вжити безпечний термiн експлуатацii колп до 3 мюящв

Таблиця 2

Допустимi швидкостi руху (км/год) по колп з нерiвностями плану

Таблиця 1

Допустимi швидкостi руху (км/год) по колп з HepÎBHQcraM профшю_

Довжина нерiвностi (м) Осщан-ня (мм) Колп металургшних тдпри-емств Колп прничодобувних тдприемств

Осьовi навантаження (кН) Осьовi навантаження (кН)

< 265 265-294 >294 <265 >265

< 5 <30 10 7 5 20 15

>30-80 5 3 Рух закри-ваеться 10 7

>80 Рух закриваеться 5 Рух закрива-еться

>5-10 <30 Встановлена Встановлена

>30-80 20 15 10 20 15

>80 10 5 3 10 5

> 10 <30 Встановлена Встановлена

>30-80 25 20 15 30 25

>80 15 10 5 20 10

Довжина нерiвнос-т (м) Ампл^уда нерiвностi (мм) Колп металургшних тдприемств Колп прничодобувних тдприемств

Осьовi навантаження (кН) Осьовi навантаження (кН)

< 265 265-294 >294 <265 >265

< 4 <20 15 10 10 25 20

20-60 10 7 5 15 10

>60 Рух закриваеться 5 Рух закриваеться

>4-8 <20 20 15 10 25 20

20-60 15 10 5 15 10

>60 7 5 3 10 5

> 8 <20 Встановлена Встановлена

20-60 20 15 10 25 20

>60 15 10 5 15 10

Висновки

1. Встановленi критичш стани коли за умов безпеки руху спещальних та спе-цiалiзованих вагонiв промислового транспорту. Таю стани колп характеризуются насамперед величинами вертикальних та горизонтальних нерiвностей колп, а також жорсткiстю та дисипащею рейкових опор та зносом рейок.

2. Встановлеш граничнi величини вертикальних та горизонтальних нерiвно-стей колп, при яких можливi сходи рухо-мого складу внаслщок втрати його стшко-сп, втрати стiйкостi рейкошпальноï решi-тки або руйнування рейок.

3. Визначеш допустимi швидкостi руху спещальних та спецiалiзованих ваго-нiв по колп, яка мае несправност у вигля-дi вертикальних або горизонтальних нерь вностей та при ïx поеднаннi.

Таблиця 3

Допyстимi швидкосп pyxy по колiям металyргiйних i прничодобувних пiдприeмств (км/год) з поеднанням неpiвностей y планi з неpiвностями пpофiлю

со л щ л го lj—i г-- г-- ч £ го ■-■-i ч M Ä ■-■-i ч й

f о ■г-ч "О го СЧ ,J—1 О г-- г--

■г-ч ■г-ч m ■-■-i ■~4 о ■-■-i ■Г"Ч ■г-ч ■-■-i ■г-ч г-- ■-■-i ■г-ч г—- ■г-ч ■=■ Г--

Ж £ ñ ¥ Е-< --J- :=: л g H й К щ £ g ■-■-i ч i~i £ го го Ч ■-■-i го ч Ä го Ч £ Ч £ го ч i~i £ ч £

>s 11=1 к г—- ГО 'O ■-■-I г—- ГО о о ГО

■0 ■=■ 1 ^ '--i СЧ ,J—1 г—- о п—- о '-■-I о г—- '-■-I

тг щ л m ч i~i í-h £ 4 ! Ч i Ч i ч rh £ è Ч i Ч i ч i~i í-h Ä Ч i ч Г-1 £ Ч i Ч i ч ñ й

'-О Ó ■г-ч г—- CD Г-- о г—- го го

■у?

и О ! m л со л s? m л со л S? СО го л со л s? го Д со л ■=■ СО ■=■ го л СО л ■=■ со ■=■ го л СО л

) M â' S ь 1 о Vi л о "vi л о Vi л

M о Л О Iе '-С- Vi О. ■гч ô щ ■гч -н-■г-ч л

Список лггератури

1. Даренський О.М., Бугаець Н.В. Змши деяких параметрiв жорсткостi рейкових скршлень типу КБ при 1'х експлуа-таци [текст]/О.М. Даренський, Н.В. Буга-ець//Зб. наук. праць УкрДАЗТ. - 2009. -№111 - с. 282 - 294

2. Даренский А.Н. Результаты определения пространственных неупругих сопративлений железнодорожного пути деформациям для условий промышленного транспорта [текст]/А.М. Даренс-кий//1КС ЗТ. - 2010. - №6 - с. 78 - 82

3. Даренський О.М. Теоретичш та експериментальш дослщження залiзнич-них колiй промслового транспорту. Моно-графiя / О.М. Даренський // Харюв. УкрДАЗТ, 2011. - с. 204

4. Даренський О.М. Методи оцшю-вання впливу стану колп на безпеку руху промислового залiзничного транспорту /О.М. Даренський //Зб. наук. праць УкрДАЗТ. - 2012. - № - с.

5. Капур К., Ламберсон Л. Надёжность и проектирование систем [Текст] / К. Капур, Л. Ламберсон - М.: Мир, 1980 -608 с.

6. Войнов К.Н. Прогнозирование надёжности механических систем [Текст]: монография / К.Н. Войнов - Л.: Машиностроение, 1978 - 208 с.

7. Губачева Л.О. Надшшсть транспортних засобiв: Навчальний поабник [Текст]: монографiя / Л.О. Губачева - Лу-

ганськ: Видавництво СНУ iм. В. Даля, 2009 - 124 с.

8. Губачева Л.А. Определение функции эксплуатационной надежности [Текст] / Л.А. Губачева // Залiзничний транспорт Украши - 2006, №1, с. 20-25.

Анотацн:

Ключов1 слова: безпека руху спещальних i спещал1зованих вагошв промислового транспорту, теорш надшносп, критичш стани коли.

Приведет результата дослвджень впливу стану коли на безпеку руху промислового залiзни-чного транспорту. Встановлеш параметри вертикальних i горизонтальних нерiвностей коли, при яких можлива втрата спйкосп рухомого складу та коли або руйнування рейок. Пропонуються допус-тимi швидкостi руху по таких нерiвностяx та при 1х поеднаннi.

Приведены результаты исследований влияния состояния пути на безопасность движения промышленного железнодорожного транспорта. Установлены параметры вертикальных и горизонтальных неровностей пути, при которых возможна утрата устойчивости подвижного состава и пути или разрушение рельсов. Предложены допускаемые скорости движения по таким неровностям и при их сочетании.

The results of studies of influence the state of way to safety on industrial railways. Clarified parameters of vertical and horizontal irregularities of the way in which is possible loss of stability of the rolling stock and track or destruction of rails. Proposed allowable speed for such irregularities, and their combination.