Оценка надежности рельсовых скреплений

Конструкция верхнего строения пути является сложной системой, состоящей из многих элементов. При расчете показателей надежности рельсовых скреплений различных типов приходится рассматривать структурные схемы, включающие последовательные и параллельные соединения элементов.

Скрепление проектируют так, что обычно у него нет функционально «лишних» деталей. Отказ любой из них сильно снижает эффективность узла скрепления, вызывает интенсивный износ соседних деталей и повышает расходы на содержание пути. Поэтому, оценивая надежность скреплений различных типов в условиях нормальной эксплуатации, все элементы необходимо считать соединенными последовательно, а вероятность безотказной работы узла такой системы оценивать по формуле:

, (1.38)

где P_i – вероятность безотказной работы i -го элемента.

Оценивая надежность скрепления в экстремальной ситуации, в которой конструкция может находиться ограниченное время, после чего переходит в аварийное состояние, отдельные цепи элементов можно считать параллельными, а безотказность работы элементов цепи

. (1.39)

Для стареющих элементов в качестве распределения интервала безотказной работы используют обычно нормальное распределение.

В этом случае вероятность безотказной работы на интервале (0, t) определяется выражением:

, (1.40)

где T _cp – средняя наработка до отказа;

s _t – среднее квадратичное отклонение безотказной работы.

Для определения параметров нормального распределения T _cp и s _t можно применить метод квантилей в сочетании со способом наименьших квадратов. В нашем случае, когда в результате отклонений из-за отказов элементов скреплений получены r возрастающих значений наработки (r<n) для отказавших элементов t ₁, t ₂,…, t_r, n–r элементов по истечении некоторой наработки t ₀ ³ t_r остались исправными.

Параметры T _cp и s _t можно оценить по методу квантилей.

Считаем, что за время t_i вероятность выхода из строя элементов скреплений составит:

.

Для этой вероятности по приложению 2 определим квантили U_p и составим r уравнений системы.

Полученную систему уравнений решим по методу наименьших квадратов.

Уравнения решаем относительно неизвестных T _cp и s _t. Точность полученных значений T _cp и s _t может быть оценена с помощью соответствующих уравнений.

Частота отказов элементов рельсовых скреплений типа БП-65, определена по статистическим данным об отказах элементов во время эксплуатации (табл. 1.4). Используя эти данные, определим значения T _cp и s _t, млн. т брутто (табл. 1.5).

Таблица 1.4 Частота отказов элементов рельсовых скреплений

Тип скрепления	Наработанный тоннаж млн. т брутто	Металлические элементы	Электроизолирующие и амортизирующие элементы
Подкладки	Клеммы	Болты клеммные	Шайбы клеммных болтов	Болты закладные	Шайбы закладных болтов	Подрельсовые прокладки	Нашпальные прокладки	Втулки короткие	Втулки удлиненные	Резиновые подклеммники
БП-65		0,026 0,060 0,095	0,016 0,035 0,058	– – –	– – –	0,0015 0,0060 0,0130	0,001 0,002 0,0035	0,052 0,090 0,111	0,018 0,030 0,039	0,042 0,060 0,079	0,025 0,037 0,046	– – –
	0,026 0,060 0,095	0,016 0,035 0,058	– – –	– – –	0,0015 0,0060 0,0130	0,001 0,002 0,0035	0,052 0,090 0,111	0,018 0,030 0,039	0,042 0,060 0,079	0,025 0,037 0,046	– – –
	0,026 0,060 0,095	0,016 0,035 0,058	– – –	– – –	0,0015 0,0060 0,0130	0,001 0,002 0,0035	0,052 0,090 0,111	0,018 0,030 0,039	0,042 0,060 0,079	0,025 0,037 0,046	– – –

Таблица 1.5 Параметры распределения

Элементы скрепления	Типы скреплений
БП-65
T cp	s t
Подкладки Клеммы Болты клеммные Шайбы клеммные Болты закладные Шайбы закладных болтов Втулки короткие Втулки удлиненные Прокладки подрельсовые Прокладки нашпальные Подклеммники резиновые	– – –	– – –

У скреплений типа БП высокую интенсивность отказов имеют пластинчатые клеммы, текстолитовые втулки и подкладки. При повышении надежности этих элементов, а также резиновых подрельсовых и нашпальных прокладок эффективность работы скреплений типа БП будет значительно выше.

После определения параметров T _cp и s _t и вероятности безотказной работы P (t) отдельных элементов скреплений перейдем к определению вероятности безотказной работы узлов скреплений.

Для этой цели составлена структурные схемы анализа надежности скреплений БП-65 (рис. 2).

Рисунок 2 Структурная схема для расчета надежности рельсовых скреплений БП-65

На схеме приняты следующие обозначения:

1₃ – болты закладные;

2₃ – шайбы закладные;

3₃ – втулки короткие;

4₃ – втулки удлиненные;

5₃ – клеммы;

1_п – прокладки резиновые подрельсовые;

2_п – подкладки;

3_п – прокладки под подкладками (нашпальные).

При составлении структурных схем исходным было принято положение, что система последовательно соединенных элементов работоспособна тогда и только тогда, когда работоспособны все ее элементы. Вероятность безотказной работы определена по формуле (1.38).

Вероятность безотказной работы узлов рельсовых скреплений определяем в соответствии со структурной схемой (рисунке 2) по формуле:

, (1.43)

Численные значения вероятности безотказной работы узлов скреплений в зависимости от наработанного тоннажа указаны в таблице 1.6.вероятность безотказной работы узлов скрепления для скрепления ЖБР при тоннаже 400 млн. т брутто составляет 0,763167.

Согласно нормативным документам, поперечная устойчивость рельсовых нитей и всей рельсошпальной решетки обеспечивается, если нет кустов из трех негодных шпал, а рельсовая нить не расшита более чем на трех шпалах подряд. Справедливость этих требований подтверждается результатами проведенных в последнее время исследований поперечной устойчивости пути на железобетонных шпалах под поездной нагрузкой.

В соответствии с этими требованиями рассмотрим систему, состоящую из последовательно соединенных элементов, каждый из которых имеет по два резервных нагруженных элемента. Предположим, что все элементы системы однотипны. Тогда вероятность безотказной работы любого элемента системы и число последовательных элементов на каждом рельсовом звене.

, (1.44)

где n – число шпал на рельсовом звене.

Таблица 1.6 Вероятность безотказной работы узлов скреплений

Тоннаж, млн. т брутто	Тип узла скрепления	Вероятность безотказной работы узлов скреплений
БП-65
	0,9749 0,9342 0,8262 0,7632 0,6371 0,4801	0,99992621 0,99867121 0,97573527 0,91572218 0,79569602 0,49326923

Рисунок 2. Изменения вероятности безотказной работы скрепления.

На рисунке 2 показан график изменения вероятности безотказной работы скрепления БП-65 в зависимости от тоннажа.

Пример 3. Определить наработку, при которой в узлах скрепления БП-65 откажут 20% клемм и подрельсовых прокладок, т. е. необходимо найти t_i, при которой F (t) = 0,2, соответственно P_i = 1 –F (t) = 0,8, а T _cp = 920 млн. т брутто, s _t = 335 млн. т брутто.

По приложению 2 находим квантиль U _0,8 = 0,842,

млн. т брутто.

Для подрельсовых прокладок

T _cp = 1018 млн. т брутто, s _t = 507 млн. т брутто.

млн. т брутто.

Таким образом, даже после пропуска 600 млн. т брутто груза не нужно производить полную ревизию узлов скрепления БП-65 с заменой отказавших деталей, достаточно частичной замены.

Дата добавления: 2015-04-30