3. Оценка технического состояния иссо на железных дорогах и прогноз ее изменения на основе показателей надежности

Надежность – сложное свойство системы и ее элементов выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого времени.

Безотказность – свойство системы (элемента) сохранять работоспособность в течение некоторого заданного срока (вероятность безотказной работы, вероятность отказа).

Долговечность – свойство системы сохранять работоспособность до наступления отказа (предельного состояния) – срок службы сооружения до капитального ремонта).

Ремонтопригодность – приспособляемость системы к предупреждению, обнаружению и устранению отказов (вероятность восстановления, время восстановления, стоимость ремонта).

Современной тенденцией, как в железнодорожной, так и в автодорожной отрасли, является разработка и внедрение систем управления техническим состоянием сооружений, повышающих качество содержания и снижающих эксплуатационные затраты. Несомненно, эффективность таких систем, да и принципиальная возможность реализации, зависят от качества методической основы – системы оценки технического состояния. Методика оценки по показателям надежности сохраняет преемственность по отношению к действующему положению. Так же, как и в действующем документе, неисправности (дефекты) систематизированы на основе декомпозиции сооружения на отдельные элементы. Сохранен также и принцип деления дефектов по степени опасности на три категории. Однако, каталог неисправностей значительно расширен и четко структурирован так, чтобы можно было легко автоматизировать процесс оценки и обработку информации о техническом состоянии сооружений. Но главное – в том, что новая методика основана на оценке надежности сооружения, и для каждого из показателей надежности определены количественные границы, соответствующие переходу сооружения в различные состояния – от исправного до неработоспособного. На рисунке 7.2 показана блок схема оценки технического состояния ИССО на основе показателей надежности.

Рисунок 7.2 – Оценка технического состояния ИССО

В качестве показателей, характеризующих надежность сооружения, выбраны безопасность, грузоподъемность, долговечность и ремонтопригодность. Причем эти показатели могут выражаться как относительной величиной – баллом, так и абсолютным значением. Безопасность оценивается вероятностью безотказной работы, грузоподъемность – категорией по грузоподъемности, устанавливаемой расчетом в соответствии с нормативными документами. Долговечность выражается в остаточном сроке службы, а ремонтопригодность – в стоимости работ по устранению всех дефектов плюс стоимость необходимых профилактических работ. Последние два показателя в совокупности дают возможность прогнозировать состояние сооружения.

Каждый дефект в той или иной степени влияет на все четыре показателя надежности – и имеет четыре соответствующих значения категории. По каждому показателю надежности в отдельности определяется оценка:

K_б = K _б-баз – (n _I α _I + n _II α _II + n _III α _III), (7.5)

K_г = K_г-баз, (7.6)

K_д = K_д-баз , (7.7)

K_р= K_р-баз - (n _I β _I + n _II β _II + n _III β _III), (7.8)

где индексы б, д, г, р соответствуют показателям по безопасности, долговечности, грузоподъемности и ремонтопригодности; индекс «баз» соответствует базовой оценке, определяемой наличием дефекта максимальной категории по соответствующему параметру надежности; n_i – количество дефектов i-категории по соответствующему параметру надежности; α_i, β_i – коэффициенты влияния дефектов i-категории на безопасность и ремонтопригодность соответственно.

При назначении величины коэффициентов влияния дефектов на безопасность, то есть на вероятность безотказной работы, учитывается тип соединений элементов в системе (сооружении). В итоге, изменение оценки состояния по безопасности при наличии тех или иных дефектов приближенно соответствует изменению вероятности безотказной работы системы с частично зависимыми отказами. Это подходит для большинства эксплуатируемых сооружений. Коэффициенты влияния дефектов на ремонтопригодность определены в результате обработки данных о действительных затратах на эксплуатацию и ремонт сооружений на железных дорогах. В качестве примера в таблице 7.6 показано распределение категорий дефектов по показателям надежности мостового полотна на балласте в зависимости от вида дефекта и степени развития.

Таблица 7.6 – Дефекты мостового полотна на балласте

№	Дефект	Степень развития, ед. измерения				Б1	Д	Г	Р
135	Загрязнение балласта мостового полотна	Без выплесков				1	1		1
		С выплесками грязи из-под отдельных шпал				2	2		2
		Массовые выплески грязи				3	2		3
140	Толщина балласта под шпалой больше допустимого	Толщина балласта под шпалой	см	40	60	1	1	1	1
				60	80	2	1	2	2
				80		3	1	3	3
150	Толщина балласта под шпалой меньше допустимого	Толщина балласта под шпалой	см	14	20	1	1	1	1
					14	2	1	2	2
154	Не оформлена балластная призма	Без параметров				1	1	1	1
155	Незаполненные балластом шпальные ящики	Без параметров				2	1	1	1
160	Недостаточное плечо балластной призмы	Величина	см	10	35	1	1		1
				0	10	2	1		2
		Торцы шпал не оголены				1	1		1
		Торцы шпал оголены				2	1		1
		Торцы шпал оголены, низ шпалы выше верха борта				3	1		2
		Не обеспечена поперечная устойчивость пути				3	2		2
170	Несоответствие рода балласта нормативным документам					1	1	1	2
175	Эксцентриситет пути больше допустимого	Величина	см	5	10	1	1	1	1
				10	20	2	1	2	2
				20		3	1	3	2
185	Дефектные шпалы	Одиночные				1	1		1
		Кусты из трех и более				3	1		2
		Кусты из трех и более (всего более 25 %)				3	1		3
190	Непропитанные шпалы					1	1		1
195	Перекос шпал в плане					1			1
200	Нарушение эпюры шпал					1	1		1
205	Несоответствие материала и размеров шпал требованиям нормативных документов					1	1		1

¹ б, д, г, р – категории дефектов по безопасности, долговечности, грузоподъемности и ремонтопригодности

Таким образом, описываемая методика является вполне научно обоснованной, позволяет прогнозировать изменение технического состояния ИССО и потенциально способна дать оценку, максимально близко отражающую реальную надежность каждого сооружения. Потенциально – потому, что сейчас большинству дефектов категории назначены на основе опыта обследований и эксплуатации сооружений. Причина этого в том, что далеко не для всех элементов искусственных сооружений разработаны методы определения абсолютных показателей надежности с учетом их технического состояния. Есть разработки В.О. Осипова, Л.И. Иосилевского, В.П. Чиркова, С.А.Бокарева и других ученых, в которых рассмотрены вопросы надежности (главным образом, долговечности) отдельных элементов мостов. Но многое еще только предстоит сделать. Важно то, что в основе методики заложена возможность получения оценки сооружения в баллах путем перехода от абсолютных показателей надежности к относительным по определенным зависимостям. То есть, для уточнения оценок влияния дефектов на надежность сооружения необходимо провести соответствующие исследования. По мере закрытия «пробелов» качество выполняемой по данной методике оценки будет повышаться.

Графическая интерпретация зависимости оценки (и категории дефекта) по безопасности от вероятности безотказной работы приведена на рисунке 7.3. На рисунках 7.4-7.6 показаны характеристики дефектов по показателям надежности.

Рисунок 7.3 – Зависимость оценки (и категории дефекта) по безопасности от вероятности безотказной работы

Рисунок 7.4 – Категории дефектов по грузоподъемности и их базовые оценки

Рисунок 7.5 – Категории дефектов по долговечности

Рисунок 7.6 – Категории дефектов по ремонтопригодности