- •Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
- •2.1 Расчет среднестатистической и максимальной вероятности осевых нагрузок и
- •3 Оценка надежности верхнего строения пути
- •3.1 Показатели эксплуатационной надежности верхнего строения пути
- •3.2 Оценка надежности конструкции верхнего строения пути
- •3.3.1 Методика оценки надёжности рельсов
- •3.3.2 Оценка надежности рельсов по параметрам и
- •3.3.4 Оценка надежности шпал
- •На полученной графической зависимости в соответствии с Положением [5] нанести нормативную величину отказов шпал для данного класса пути.
- •3.3.6 Оценка надежности рельсовых скреплений
- •Список использованных источников
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Петербургский Государственный Университет Путей Сообщения Императора Александра I»
___________________________________________________________________
Кафедра «Железнодорожный путь»
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовому проекту
по дисциплине
«Управление надёжностью железнодорожного пути»
20 вариант
выполнила студентка М.А. Старилова
подпись, дата
факультет Транспортное строительство группа V - СЖУ – 002
руководитель А.С. Гапоненко
подпись, дата
Санкт-Петербург 2014
Содержание:
1. |
Расчёт показателей эксплуатационной надёжности эталонных конструкций верхнего строения пути……………………………........ |
|
1.1 |
Расчёт количества эталонных объектов пути…………………..….... |
|
1.2 |
Расчёт показателей эксплуатационной надёжности эталонных конструкций верхнего строения пути……………………………........ |
|
2. |
Расчётное прогнозирование полных отказов и показателей долговечности рельсов………………………………………………… |
|
2.1 |
Расчет среднестатистической и максимальной вероятности осевых нагрузок……………………………………………………….. |
|
3. |
Оценка надежности верхнего строения пути………………………. |
|
3.1 |
Показатели эксплуатационной надежности верхнего строения пути……………………………………………………………………... |
|
3.2 |
Оценка надежности конструкции верхнего строения пути…………. |
|
3.3 |
Оценка надёжности элементов верхнего строения пути……………. |
|
3.3.1 |
Методика оценки надёжности рельсов………………………………. |
|
3.3.2 |
Оценка надежности рельсов по параметрам и ………………… |
|
3.3.3 |
Методика прогнозирования отказов рельсов………………………… |
|
3.3.4 |
Оценка надежности шпал…………………………………………….. |
|
3.3.5 |
Методика прогнозирования и прогноз отказов шпал……………….. |
|
3.3.6 |
Оценка надежности рельсовых скреплений………………………….. |
|
|
Список использованных источников…………………………………. |
|
Расчёт показателей эксплуатационной надёжности эталонных конструкций верхнего строения пути
Расчёт количества эталонных объектов пути
Оценка показателей эксплуатационной надежности технического состояния элементов верхнего строения пути на различных участках зависит от видов и типов конструкций, находящихся в различных условиях эксплуатации, окружающей среды, а также из-за влияния других факторов.
Расчет показателей эксплуатационной надежности эталонного километра железнодорожного пути и эталонного стрелочного перевода позволяет все виды конструкций пути и стрелочных переводов привести к эталонным объектам с помощью переводных коэффициентов.
Для оценки и сопоставления показателей эксплуатационной надежности конструкций верхнего строения пути на различных участках могут быть приняты следующие эталонные объекты железнодорожного пути:
эталонный километр верхнего строения пути - 1 км бесстыкового пути с рельсами типа Р65, железобетонными шпалами, скреплениями АРС на щебеночном балласте, пропустивший после укладки от 100 до 200 млн. т брутто, эксплуатирующийся в прямом участке пути на горизонтальной площадке в профиле в регионе с умеренным климатом;
эталонный стрелочный перевод - стрелочный перевод типа Р65 марки 1/11 с железобетонными брусьями на щебеночном балласте.
Расчет ведется отдельно для путей и для стрелочных переводов.
Исходные эксплуатируемые конструкции пути по каждому из сформированных объектов приводятся к эталонным по формулам:
- для конструкции пути:
,
где |
|
- |
протяженность участка пути с одинаковой конструкцией и условиями эксплуатации, км; |
|
|
- |
коэффициент, учитывающий конструктивные особенности конструкций пути; |
|
|
- |
коэффициент, учитывающий условия эксплуатации конструкций пути; |
|
|
- |
коэффициент, учитывающий климатические условия; |
|
|
- |
коэффициент, учитывающий наработку тоннажа с момента строительства или капитального ремонта пути и стрелочных переводов. |
- для стрелочных переводов:
,
где |
|
- |
количество стрелочных переводов данного типа, перевод; |
|
|
- |
коэффициент, учитывающий конструктивные особенности стрелочного перевода; |
|
|
- |
коэффициент, учитывающий условия эксплуатации стрелочных переводов; |
|
|
- |
коэффициент, учитывающий климатические условия; |
|
|
- |
коэффициент, учитывающий возможность управлениястрелочным переводом (централизованное/нецентрализованное); |
|
|
- |
коэффициент, учитывающий наработку тоннажа с момента строительства или капитального ремонта пути и стрелочных переводов; |
|
n |
= |
(1-8) - количество интервалов пропущенного тоннажа, млн. тонн брутто. |
|
|
|
|
Для первого участка пути:
км
Кт=1,1 – коэффициент, учитывающий годовую амплитуду температур
Подсчитанные значения сведём в таблицу 1
Таблица 1
№ участка |
, км |
1 |
72,99 |
2 |
55,01 |
3 |
72,47 |
4 |
21,93 |
5 |
60,33 |
6 |
143,22 |
7 |
72,75 |
8 |
173,10 |
9 |
133,04 |
Для первого стрелочного перевода имеем:
Результаты расчётов сведены в таблицу 2
Таблица 2
№ участка |
, стрел. переводов |
1 |
44,58 |
2 |
21,91 |
3 |
8,18 |
4 |
31,57 |
5 |
18,40 |
6 |
24,48 |
7 |
8,51 |
8 |
2,70 |
9 |
12,87 |
Расчёт показателей эксплуатационной надёжности эталонных конструкций верхнего строения пути
Расчет показателей эксплуатационной надежности эталонной конструкции верхнего строения пути (стрелочного перевода) выполняется в следующей последовательности:
Устанавливается учетный период наблюдений за работой железнодорожного пути - месяц.
Из данных системы КАСАНТ выбирается суммарное количество отказов 1, 2 и 3 категорий для каждого объекта конструкции пути (стрелочного перевода) за учетный период (месяц) -
Определяется общее количество отказов по дистанции пути за месяц
,
где |
|
- |
количество объектов эталонных конструкций пути (стрелочных переводов) на дистанции пути |
|
|
- |
количество отказов конструкций пути (стрелочных переводов), приведенных к эталонным на участке за учетный период |
Для пути общее количество отказов составит:
отказов
Для стрелочных переводов аналогично:
= 22+13+17+10+15+6+19+12+24 = 138 отказов
Продолжительность простоя конструкции пути по каждому из объектов вычисляется по формуле:
,
где |
180 |
- |
время на устранение одного отказа, мин; |
|
Li |
- |
протяженность участка по каждому объекту, км |
Для первого участка пути продолжительность простоя составит:
Расчёты сведены в таблицу 3
Таблица 3
№ участка |
, мин |
1 |
114 |
2 |
381 |
3 |
35 |
4 |
1230 |
5 |
151 |
6 |
22 |
7 |
36 |
8 |
53 |
9 |
33 |
Для стрелочных переводов значения простоев заданы в исходных данных.
Определяется общая продолжительность простоя конструкции пути (стрелочных переводов) по дистанции за учетный период
Общая продолжительность простоя пути составит:
Общая продолжительность простоя стрелочных переводов составит:
Объем пропущенного тоннажа по каждому из объектов за учетный период вычисляется на основе данных о средней грузонапряженности Г в год по участку (для месяца следует использовать величину, меньшую в 12 раз) и общей протяженности пути i-го объекта:
,
где |
Г |
- |
средняя грузонапряжённость в год по участку, млн ткм бр/км в год |
Для первого участка пути:
Посчитанные значения оформим в таблицу 5
Таблица 4
№ участка |
, млн. ткм бр |
1 |
250,00 |
2 |
141,61 |
3 |
433,16 |
4 |
49,98 |
5 |
208,25 |
6 |
541,45 |
7 |
499,80 |
8 |
624,75 |
9 |
716,38 |
Для стрелочных переводов формула аналогична:
Для первого стрелочного перевода имеем:
Таблица 5
№ участка |
, млн. ткм бр стрел. перевод/км |
1 |
466,67 |
2 |
333,20 |
3 |
191,59 |
4 |
499,80 |
5 |
166,60 |
6 |
341,53 |
7 |
174,93 |
8 |
24,99 |
9 |
241,57 |
Интенсивность отказов эталонной конструкции верхнего строения пути определяется исходя из количества приведенных эталонных конструкций пути (стрелочных переводов) и данных по отказам технических средств за учетный период:
Для первого участка пути получим:
Расчёты сведены в таблицу 6
Таблица 6
№ участка |
|
1 |
0,0010 |
2 |
0,0046 |
3 |
0,0003 |
4 |
0,0374 |
5 |
0,0017 |
6 |
0,0001 |
7 |
0,0003 |
8 |
0,0002 |
9 |
0,0002 |
Для первого стрелочного перевода:
Остальные значения можно увидеть в таблице 7:
Таблица 7
№ участка |
|
1 |
0,0011 |
2 |
0,0018 |
3 |
0,0108 |
4 |
0,0006 |
5 |
0,0049 |
6 |
0,0007 |
7 |
0,0128 |
8 |
0,1778 |
9 |
0,0077 |
Средняя интенсивность отказов по дистанции пути, приведенная к одному эталонному объекту (для пути и для стрелочных переводов отдельно), определяется следующим образом:
Средняя интенсивность отказов для пути составит:
= =(72,99×0,001+55,01×0,0046+72,47×0,0003+21,93×0,0374+60,33×0,0017+143,22×0,0001+72,75×0,0003+173,1×0,0002+133,04×0,0002)/(72,99+55,01+72,47+21,93+60,33+143,22+ +72,75+173,1+133,04) = 0,0010
Средняя интенсивность отказов для стрелочных переводов составит:
= (44,58×0,0011+21,91×0,0018+8,18×0,0108+31,57×0,0006+18,40×0,0049+24,48×0,0007+8,51×0,0128+2,70×0,1778+12,87×0,0077)/(44,58+21,91+8,18+31,57+18,40+24,48+ +8,51+2,70+12,87) = 0,0057
Средняя наработка на отказ эталонной конструкции верхнего строения пути определяется исходя из количества приведенных эталонных конструкций пути (стрелочных переводов) и данных по отказам технических средств
Для первого участка пути средняя наработка на отказ составит:
72,99250/19=960,39
Для остальных участков результаты в таблице 8:
Таблица 8
№ участка |
|
1 |
960,39 |
2 |
216,39 |
3 |
3139,11 |
4 |
26,73 |
5 |
598,27 |
6 |
9693,31 |
7 |
3030,04 |
8 |
4915,65 |
9 |
5956,70 |
Для первого стрелочного перевода средняя наработка на отказ составит:
44,58466,67/22=945,64
Для остальных участков результаты в таблице 9:
Таблица 9
№ участка |
|
1 |
945,64 |
2 |
561,57 |
3 |
92,19 |
4 |
1577,87 |
5 |
204,36 |
6 |
1393,44 |
7 |
78,35 |
8 |
5,62 |
9 |
129,54 |
Средняя наработка на отказ по дистанции пути, приведенная к одному эталонному объекту (для пути и для стрелочных переводов отдельно), определяется по формуле:
Для пути средняя наработка на отказ составит:
Для стрелочных переводов средняя наработка на отказ составит:
Продолжительность работы эталонной конструкции верхнегостроения пути (стрелочного перевода) за учетный период определяется по формуле:
где |
|
- |
учетный период наблюдения, мин., составит: 30×24×60=43200 мин
|
Продолжительность работы эталонной конструкции верхнегостроения пути:
Продолжительность работы эталонного стрелочного перевода:
Коэффициент неготовности эталонной конструкции пути(стрелочного перевода) за учетный период определяется по формуле:
Коэффициент неготовности эталонной конструкции пути составит:
Коэффициент неготовности эталонного стрелочного перевода составит:
Коэффициент готовности эталонной конструкции пути (стрелочного перевода) определяется как:
Для эталонной конструкции пути величина коэффициента составит:
Для эталонной конструкции пути величина коэффициента составит:
Интенсивность отказов верхнего строения пути в целом по дистанции:
где |
|
|
- |
эквивалентное общее количество эталонных линейных элементов пути и стрелочных переводов
|
Расчётное прогнозирование полных отказов и показателей долговечности рельсов
Расчет отказов повреждений рельсов требует расчетов отказов пути при различных условиях эксплуатации. С увеличением наработки существенно возрастает параметр потока отказов, а наработка на отказ уменьшается.
Параметр потока аопределяется по формуле:
где Г - грузонапряженность, млн. ткм брутто/км в год;
N- число отказов рельсов.
Средняя наработка на отказ Тсропределяется по формуле:
Тcp= Г/N
При этом характерна значительная дисперсия (разброс) указанных показателей надежности. Обусловлено это существенной изменчивостью наработки рельсовой стали до усталостного разрушения и изменчивостью параметров жесткости и геометрического состояния пути по его протяжению. Поэтому наработка разных рельсов до отказа является изменчивой величиной, зависящей от множества факторов.
Рельсы в главном пути эксплуатируют до установленного показателя - одиночного выхода в дефектные 4-6 шт/км и более в зависимости от класса пути [5]. Для данного варианта класс пути 1АС, одиночный выход рельсов равен 4 шт/км. Потом производят их сплошную замену, а после сортировки и ремонта используют на малодеятельных линиях и станционных путях.
Формула отказов рельсов в зависимости от пропущенного тоннажа имеет вид:
где |
Т |
- |
наработка тоннажа, млн. т брутто;
|
|
|
- |
максимально вероятная нагрузка на рельс на рассматриваемом участке пути, тс; |
|
|
- |
среднестатистическая осевая нагрузка на рельс на рассматриваемом участке пути; |
|
А, т, п |
- |
коэффициенты аппроксимации |
Наработка тоннажа определяется по следующей формуле:
Это выражение называется формулой для прогнозных расчетов технического (межремонтного) ресурса железнодорожного пути по допускаемому количеству одиночных отказов рельсов [h]в среднем по рассматриваемому участку:
Т =Г×t
где t -ресурс пути в годах между сплошным обновлением ВСП.
Ресурс пути в годах между капитальным ремонтом пути t, определяется по формуле:
Формула для определения количества одиночных отказов рельсов за последний год перед их сплошной заменой (капитальным ремонтом пути), определяется по формуле:
n(1-(1- )n)
На основе имеющихся данных для современных рельсов рекомендуется качестве расчетного значения применить параметр m= 2.
Значения параметра Азависит от типа рельсов, их качества (вида термической обработки и раскисления), а также от плана линии.
Для незакаленных рельсов Р50 в прямых участках пути применительно к среднесетевой совокупности осевых нагрузок (= 16 тс/ось) и установленному для таких условий ресурсу, млн.т. брутто соответственно [ТР50] = 350, значения параметраА будут равны:А Р50= 4·10-5.
Эти значения параметра А,как наиболее проверенные опытом эксплуатации необходимо использовать в расчетах пути на надежность как базовые.
Для термоупрочненных стандартных рельсов и раскисленных по новой технологии современными лигатурами вводится коэффициент β,равный соответственно 1,5 и 1,25, а при термоупрочнении и новой технологии раскисления - 1,75.
Для кривых вводится коэффициент а
а= 1 + 27 · 104R-2
где R- радиус кривой, (R= 700 м).
Итоговые формулы для определения численного значения Аимеют
вид:
Ар50 = 4 · 10-5β-1(1 + 27 · 104R-2)
Численные значения показателя степени пв уравнении нахождения отказов при аппроксимации частных экспериментальных выборок может изменяться от 0,9 до 2,1. В качестве расчетной величины предлагается принять наиболее вероятное его значениеп =1,5.