Стани і показники надійності верхньої будови колії

Тема: ОСНОВИ ДІАГНОСТИКИ ВЕРХНЬОЇ БУДОВИ КОЛІЇ.

Діагностика ВБК – це сукупність методів і засобів, що служать для з'ясування його стану.

Діагностика ВБК займається:

· дослідженням, визначенням і класифікацією його стану і симптомів (на основі аналізу взаємодії рухомого складу з верхньою будовою колії повинні бути встановлені, крім іншого, визначені величини, що підлягають дослідженням, та їхні відхилення, що допускаються,);

· розробкою методів виявлення цих симптомів, тобто методів програмування діагностичних досліджень, обробки отриманих результатів і оцінки стану верхньої будови колії;

· вибором контрольно-вимірювальної апаратури;

· прогнозуванням змін, що протікають у верхній будові колії під дією поїздів, атмосферних умов і т.п., а також залежних від тривалості експлуатації колії та її елементів;

· визначенням періодичності досліджень.

Ці проблеми носять теоретичний (пізнавальний і методологічний), емпіричний і споживчий характер.

Діагностику, що розуміється таким чином, верхньої будови колії можна розглядати як узагальнений систематизований метод визначення і прогнозування її стану.

Формулюючи теоретичні основи діагностики верхньої будови колії, використовують поняття, застосовувані в математиці і логіці, прагнучи визначити фізичний зміст абстрактних залежностей, на основі методів, що дозволяють використовувати їх у практиці. Оцінюючи роль математичних рішень як джерела нових технічних ідей і бази точних логічних міркувань, варто одночасно пам'ятати про сутність і прагматичність діагностичних досліджень верхньої будови колії. Результати досліджень (діагноз) верхньої будови колії повинні являти собою основу для її подальшої експлуатації в конкретних умовах, для зміни цих умов (наприклад, підвищення чи зниження швидкості руху поїздів) чи виду та обсягу ремонтних робіт, який вимагає сама колія. Діагностичні ознаки мають великий практичний зміст, особливо якщо взяти до уваги, що існує не так багато технічних об'єктів (літаки, мости), наслідку помилкового діагнозу стану яких були б так само важливі, як для верхньої будови колії.

Верхня будова колії як система, що складається з рейок, шпал, скріплень і баласту, є імовірнісною системою, тобто стан її не можна угадати точно і докладно. Можна, однак, розглядати імовірність її переходу з одного стану в інше, якщо ці стани будуть відповідним чином визначені і якщо маються статистичні дані, що стосуються поводження системи в близьких конструктивних умовах і умовах утримання колії.

Миттєві фізичні стани складових верхньої будови колії характеризують фізичні стани всієї конструкції, називані станами надійності. У теорії надійності існує залежність

R = Р {ω Є Ω}, (1)

означаюча імовірність входження безлічі значень параметрів ω з у безлічΩ, до якого відносяться вимоги, пропоновані до верхньої будови колії як узагальненої конструкції (системі).

Важливою задачею діагностики верхньої будови колії, крім визначення фактичних станів, є прогнозування майбутніх станів. Верхня будова колії відрізняється тим, що перехід від одного стану до іншого часто протікає відносно повільно, а тому інформація про те, яким воно буде через чи рік два, іноді важливіше скрупульозні описи фактичного стану, особливо якщо воно входить у безліч станів надійності E¹.

Переходи верхньої будови колії зі стану повної працездатності E¹ у стан непрацездатності Е⁰ можна віднести до випадків, зображеним на рис. 1.

Прикладом процесу а є хід зміни стану верхньої будови колії у випадку затримки поточного ремонту (ремонт, виконаний вчасно, не допускає виникнення стану Е². Прикладом процесу б служить серйозно запізнений поточний ремонт чи утрата несучої здатності баласту внаслідок його надмірного засмічення. Процесом в може бути нормальна зміна терміну служби рейок, г — поява значних нерівностей колії в період дощів чи низьких пучиних бугрів. Процес д можна ілюструвати викидом колії чи іншою великою деформацією, що піддається, однак, усуненню, а прикладом процесу е є злам рейки.

Висока ефективність прогнозування станів верхньої будови колії вимагає використання результатів кожного технічного дослідження. Звідси кожне діагностичне дослідження повинне включати виконання трьох операцій (рис. 2):

1) перевірка технічного стану верхньої будови колії, тобто комплекс вимірів, обраних відповідно до мети діагностичного дослідження;

2) оцінка отриманих результатів, тобто визначення ступеня зносу верхньої будови колії, виду несправностей і їхнього місця розташування, а також можливе визначення кількісних критеріїв оцінки;

3) прогнозування поводження верхньої будови колії з одночасним попереднім визначенням виду й обсягу найближчого ремонту.

Діагностичні дослідження верхньої будови колії можна в принципі виконувати двома різними методами.

Застосовуючи перший метод, стан верхньої будови колії визначають, виконавши деяку кількість перевірок (вимірів), черговість яких байдужна. Оцінюють цей стан по завершенні усіх вимірів. Такий метод діагностики одержав назву комбінованого. Безліч перевірок, достатніх для діагностики всіх попередньо визначених станів верхньої будови колії і виконуваних комбінованим методом, називають діагностичним тестом. Прикладів застосування цього методу багато. До них, зокрема, відносяться періодичні огляди верхньої будови колії і технічних обстежень стрілочних переводів.

Застосовуючи другий мето д діагностики, перевірки виконують у визначеному порядку. Цей порядок може бути встановлений заздалегідь у результаті оптимізаційних розрахунків чи виходячи з накопиченого досвіду; іноді він може залежати від результатів попередньої перевірки. Результат кожної перевірки аналізується безпосередньо після його одержання. Якщо стан верхньої будови колії ще визначено, виконують наступну перевірку. Такий метод називають послідовним. Програми діагностичних досліджень, розроблювальні відповідно до цього методу, можна розділити на умовні і послідовні. В умовних програмах кожна наступна перевірка залежить від результатів попередньої. У послідовних програмах перевірки виконують у визначеному, жорстко встановленому порядку. Умовні програми складають, наприклад, при вивченні причин сходу з рейок, а послідовні - при перевірці якості укладання верхньої будови колії комплектом колійх машин.

Рисунок 1. Типові випадки переходу верхньоїбудови колії зі стану повної працездатності Е¹ у стан експлуатаційної непрацездатності Е⁰.

а — оборотний процес старіння без досягнення стану Е⁰, б — оборотний процес старіння з досягненням стану Е⁰, в — необоротний процес старіння, г — стрибкоподібний оборотний процес без досягнення стану Е⁰, д - стрибкоподібний оборотний процес з досягненням стану Е⁰, e — стрибкоподібний необоротний процес.

Рисунок 2.Схема технічного дослідження

Безліч перевірок технічних систем П = {π} повинне в принципі випливати з математичної: моделі об'єкта діагностики. Існує кілька варіантів таких моделей. Перш ніж прийняти один з них, варто проаналізувати основні співвідношення теорій надійності.

Надійність верхньої будови колії можна визначати в описовому (дескриптивному) і кількісному (нормативному) виді. В описовому виді надійність верхньої будови колії — це його здатність задовольняти експлуатаційним вимогам. У кількісному— імовірність належного задоволення вимог у період часу t, не менший заданого інтервалу часу t ₀:

R (t ₀) ⁼ Р (t>t ₀ ) (2)

або імовірність виконання роботи, вимірюваної кількістю перевезеної по даному шляху маси Qo:

R (Qo) =P(Q>Qo). (3)

Рисунок. 3. Спрощена система надійності верхньої будови колії

Отже, у кількісній оцінці параметром надійності є середній інтервал часу (t) при перевезена маса (Q) за умови, що конструкція верхньої будови колії виконує свою роль способом, обумовленим умовами експлуатації. Тут поняття надійності точно збігається з поняттям довговічності, що розуміється як здатність конструкції зберігати працездатність до граничного стану в конкретних умовах експлуатації. Довговічність верхньої будови колії може бути виражена чи часом перевезеною масою; ці величини називають відповідно терміном служби чи наробітком.

Утрата верхньою будовою колії заданих якостей може носити характер зносу чи несправності.

Зношування верхньої будови колії — це необоротні небажані зміни його стану, що протікають у ході експлуатації чи поступово стрибкоподібно, у результаті чого термін виконання заданих вимог поступово вичерпується.

Несправність верхньої будови колії (його елементів) — це небажана зміна її стану, що миттєво виникає в ході експлуатації, у результаті чого воно різко втрачає здатність виконувати задані вимоги. Ці вимоги варто розглядати ширше, ніж можливість руху поїздів зі швидкістю, що допускається. Хоча злам стикового болта рейкового скріплення і є несправністю, він не обмежує швидкості руху поїздів.

В аналізі надійності верхня будова колії представлена як змішана система, що складається з рейок k, шпал /, баласту т (рис.3). У цій моделі одноразово змінювані елементи з'єднані послідовно, а різночасно змінювані — паралельно, причому елементи рівнобіжної системи працюють з резервом.

Принцип дії цієї системи полягає в тому, що відмови одних (різночасно змінюваних) елементів приводить до сприйняття їхніх функцій іншими, взаємодіючими послідовно і паралельно.

Розглянута вище модель дуже спрощена, і її технічна корисність невелика. Однак нелегко побудувати модель надійності верхньої будови колії; яка мала би більшу корисність. На відміну від електронних систем, у яких зв'язку елементів, незважаючи на їхню величезну кількість, наочні, у верхній будові колії при відносно невеликій кількості елементів їхні зв'язки не однозначні. Істотні труднощі являє собою і відтворення на моделі верхньої будови колії визначеної його довжини.

У цих обставинах виглядає обґрунтованої передумова, що напрацювання на відмову верхньої будови колії як конструкції в цілому на даній ділянці колії характеризується середнім інтервалом часу (чи середнім значенням перевезеної маси) між двома послідовно виниклими станами непрацездатності Е⁰ чи їхньою кількістю і часом стану непрацездатності.

Приймаючи цю передумову, функцію (4) можна написати інакше:

R (t)=Р(Т≥ t) (4)

Залежність (4) визначає імовірність того, що інтервал часу Т між двома послідовними станами непрацездатності не буде менше t.

Позначимо Х випадкову величину, що характеризує час виникнення стану непрацездатності EW, a Y — випадкову величину, що характеризує проміжок часу, протягом якого не виникає стану непрацездатності верхньої будови колії. Величину Y, що є функцією випадкових величин Х и Т, можна представити за допомогою формули:

(5)

На відміну від часу ремонту чи одиночної зміни визначеного елемента верхньої будови колії (рейки, шпали і т.п.), яких можна розглядати як пренебрежимо мале стосовно всього терміну служби цих елементів, час перебування верхньої будови колії як системи в стані Е⁰, характеризуємою випадковою величиною X, має істотне значення для безвідмовної роботи всієї залізничної мережі і є величиною, відчуваємою конкретно. Визначення надійності верхньої будови колії як системи в цілому функціями (4) і (5) зводить його до найпростішої моделі, заснованої на тім, що система складається з визначеної кількості не зв'язаних між собою елементів. У теоретичному аспекті застосування такої системи припустимо, а в практичному — логічно і дуже корисно, оскільки приводить до загальнозрозумілих показників, спирається на легко доступну інформацію і дозволяє без яких-небудь подальших перетворень уводити параметри надійності верхньої будови колії в систему оцінки надійності всієї залізничної мережі.

Безліч можливих перевірок для такої моделі включає загальну перевірку системи як єдиного цілого і перевірки з метою визначення стану кожного елемента окремо. Приймаючи цей принцип для дослідження надійності рейок, шпал і скріплень, можна буде використовувати залежності, що відносяться до загальних безлічей (тобто широко застосовуваним у різних областях техніки), однак з урахуванням специфіки верхньої будови колії. Оцінку його як конструкції в цілому, коли працездатність у першу чергу визначають геометричні деформації, що є в значній мірі результатом деформацій баласту, можна буде виконувати спеціально розробленими методами, особливо при аналізі поступового переходу зі стану E¹ у стан Е², а можливо, навіть у стан Е⁰. Аналіз миттєвих переходів у стан Е⁰ полегшує численні записи, виконувані різними залізничними службами.

Дата добавления: 2014-01-05