Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

ТРАНСВУЗ-2015.Часть 2

.pdf
Скачиваний:
74
Добавлен:
15.03.2016
Размер:
11.19 Mб
Скачать

Ремонт и динамика подвижного состава

В качестве критериев безопасности и комфорта пассажиров моторвагонного подвижного состава при прохождении криволинейных участков пути нормативной документацией регламентируются уровень поперечного непогашенного ускорения анп, действующего на уровне оси буксы, не компенсированного возвышением наружного рельса [1], и показатель плавности хода в вертикальном Wz и горизонтальном поперечном направлениях

Wy [2].

В соответствии с [1] максимально допустимая величина непогашенного ускорения анп составляет 0,7 м/с2 на линиях, где эксплуатируются скоростные поезда и пассажирский подвижной состав с улучшенными динамическими характеристиками, с разрешения ОАО «РЖД» допускаемая величина анп может быть увеличена до 1,0 м/с2.

Показатели плавности хода определяются по зависимостям [2]: - для вибраций, действующих в вертикальном направлении

,

(1)

 

- для вибраций, действующих в горизонтальном поперечном направлении

,

(2)

 

где – среднее квадратическое значение корректированного виброускорения в k-м диапазоне скорости движения, м/с2.

Вевропейском стандарте EN 13803-1 [3] в качестве предельного для величин непогашенных квазистатических поперечных ускорений кузова единицы подвижного состава регламентируется диапазон 1,0 – 1,5 м/с2.

Врамках стандарта CEN 12299 для определения комфорта пассажиров в прямых участках пути применяется коэффициент среднего комфорта [4],

определяемый по зависимости

(3)

,

где – ускорения, действующие на пассажира в продольном направлении;

ускорения, действующие на пассажира в боковом направлении;

– ускорения, действующие на пассажира в вертикальном направлении. Данный коэффициент учитывает ускорения, действующие на человека по

всем направлениям, на уровне пола.

140

ТРАНСВУЗ – 2015

Для определения процента пассажиров, испытывающих дискомфорт, в поездах, оборудованных СПНК, используется зависимость [4]

 

PCT 100 max A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C;0 D

 

 

 

 

E

,

(4)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

yls

 

max

B

yls

 

max

 

ls

 

max

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где

– боковое ускорение кузова, м/с2;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

– изменение бокового ускорения кузова в течение 1 с, м/с3;

 

 

– угловая скорость кузова, рад/с; A, B, C, D, E – постоянные,

принимаемые в соответствии с [4].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В соответствии с [5] уровень дискомфорта по четырех бальной шкале

определяется по зависимости

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(5)

 

ТСT a y b

y

c d e ,

 

 

 

где

– боковое ускорение кузова, м/с2;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

– изменение бокового ускорения кузова в течение 1 с, м/с3;

 

 

– угловая скорость кузова, рад/с;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

– угловое ускорение кузова, рад/с2;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a, b, c, d, e – постоянные, принимаемые в соответствии с [5].

 

 

Эффект укачивания пассажиров при прохождении кривых участков пути

оценивается в соответствии с [6] на основе определения дозы укачивания, определяемой зависимостью

t

MSDVz (t) kMSDV

2

(t) dt,

(6)

awf

 

 

0

 

 

где – частотно-взвешенное вертикальное ускорение, м/с2;

kMSDV = 1/3 – коэффициент взрослых женщин и мужчин, не способных к адаптации, у которых вероятнее всего будет наблюдаться эффект укачивания.

На основе дозы укачивания можно прогнозировать уровень недомогания. Величина IR(t) градуируется по шкале от 0 («Я чувствую себя хорошо») до 3 («Я чувствую себя абсолютно ужасно») и определяется по зависимости [7]

IR(t)

MSDVz

(t)

(7)

50

 

 

 

 

В работе [8] предложена «чистая» доза укачивания ND(t), как функция времени, учитывающая время на появление эффекта укачивания и восстановления после него, и определяемая по зависимости

141

Ремонт и динамика подвижного состава

,

где описывает движение, и – постоянные.

Вприведенных методиках уровень комфорта оценивается на основании ускорений кузова единицы подвижного состава с учетом только двух положений пассажира – «стоя» и «сидя», в то время как в поезде Talgo 250 имеются и спальные места. Результаты исследований [9] указывают на значительное отличие динамического воздействия на пассажира и кузов подвижного состава в процессе движения, а также влияние положения и позы пассажира в вагоне на его величину. С учетом данных ограничений в работе предложена методика оценки уровня комфорта пассажиров поездов, оборудованных СПНК. Методика основывается на использовании методов компьютерного моделирования движения железнодорожного подвижного состава, дополненного компьютерными моделями антропометрических манекенов.

Вкачестве объекта исследования рассмотрен пятивагонный состав пригородного электропоезда, оборудованный пневматическими рессорами центральной ступени подвешивания тележек и СПНК.

Оценка динамических воздействий на элементы подвижного состава и пассажиров выполнена на основе твердотельной компьютерной модели, разработанной в среде программного комплекса «Универсальный механизм».

Модель представляет собой двухуровневую систему, включающую подсистемы первого уровня – «головной вагон», «прицепной вагон» и «моторный вагон», а также подсистемы второго уровня, описывающие работу ходовых частей и автосцепного оборудования.

Подсистемы первого уровня сформированы абсолютно твердыми телами, описывающими инерциальные характеристики кузова вагона, которые соединены специальными силовыми элементами и шарнирами с подсистемами второго уровня – «тележка прицепного и головного вагона», «тележка моторного вагона» и «автосцепное устройство».

При моделировании кузова учитывается реальное расположение тяжеловесного внутреннего и навесного оборудования, экипировки и пассажиров. Компьютерные модели подсистем «тележка прицепного вагона» и

142

ТРАНСВУЗ – 2015

«тележка моторного вагона» представляют собой систему абсолютно твердых тел, связанных силовыми элементами и шарнирами.

Моделирование пневморессоры осуществляется в рамках модели GENSYS в цифровом процессоре, интегрированной в разработанную компьютерную модель с использованием модуля UM Control. Угол наклона на основании данных об ускорении кузова рассчитывается в цифровом процессоре, управляющее воздействие передается в модель пневморессоры, изменяя угол наклона кузова.

Оценка динамического воздействия на пассажиров в процессе движения состава осуществлялась дополнением твердотельной модели кузовов вагонов компьютерными моделями антропометрических манекенов типа Hybrid III 50th Male Dummy. Манекены расположены на различных пассажирских местах вагона, а также в проходах, тамбурах, и служебных помещениях в положениях «стоя», «сидя» и «лежа» (рис. 1).

Рис. 1. Компьютерные модели антропометрических манекенов в вагоне

На основе проведенных многовариантных расчетов определены величины динамического воздействия на несущие конструкции состава и пассажиров.

Адекватность результатов, получаемых с использованием предлагаемой методики, подтверждена их удовлетворительной сходимостью с результатами

143

Ремонт и динамика подвижного состава

натурных испытаний поезда SJ X2000 шведских железных дорог на маршруте

Järna–Linköping [10].

Анализ результатов моделирования показал, что поперечные непогашенные ускорения анп, действующие на уровне оси буксы, при движении

вкривых со скоростями вплоть до 200 км/ч не превышают уровня, рекомендованного [1], поперечные ускорения кузова вагона соответствуют требованиям EN 13803-1 [3], показатели плавности хода соответствуют требованиям [2] со значительными коэффициентами запаса.

Уровень комфорта пассажиров на основании методик, рекомендуемых

в[4 – 8], определялся на основе ускорении кузова вагона и в соответствии с предлагаемой методикой на основе ускорений, действующих на модели манекенов.

Анализ результатов оценки уровня комфорта пассажиров показал, что для полученного в результате моделирования значения уровня поперечного непогашенного ускорения кузова анп различия значения показателей комфорта в зависимости от положения пассажира в вагоне достигают 35%.

Показатели уровня комфорта пассажиров, полученные при использовании в качестве исходных данных ускорений кузовов вагонов, на 1045% выше результатов, полученных с использованием ускорений манекенов. Наибольшие расхождения получены для положения пассажира «стоя» в тамбуре вагона у входной двери – как положению с наименьшим уровнем комфорта и наименьшие – для положения «сидя» в среднем ряду вагона на кресле у прохода.

Таким образом, полученные результаты позволяют сделать вывод о возможности уточнения показателей уровня комфорта пассажиров в поездах, оборудованных СНПК, в рамках предлагаемой в работе методики.

Список литературы

1.Инструкция по текущему содержанию железнодорожного пути. Утверждена распоряжением ОАО «РЖД» 29.12.2012 г. № 2791р. – М.: ОАО «РЖД», 2012. – 274 с.

2.ГОСТ Р 55495-2013 Моторвагонный подвижной состав. Требования к прочности и динамическим качествам. – М.: Стандартинформ, 2014. – 32 с.

144

ТРАНСВУЗ – 2015

3.Railway applications - Track - Track alignment design parameters - Track gauges 1 435 mm and wider - Part 1: Plain line; German version EN 13803-1:2010.

4.CEN. Railway applications – Ride comfort for passengers – Measurement and evaluation. EN 12299:2009, European Committee for Standardization, Brussels.

5.Persson, R. Tilting trains – Description and analysis of the present situation. A literature study/ VTI rapport 595A. – 2007, 81 p.

6.ISO: (1997). Mechanical vibration and shock — Evaluation of human exposure to whole body vibrations. Part 1: Generalrequirements. ISO 2631-1.2 ISO.Geneva.

7.CEN: (2007). Railway applications — Ride comfort for passengers — Measurements and evaluation, enquiry version prEN12299. CEN. Brussels.

8.Kufver, B. and Förstberg, J. A net dose model for development of nausea. Proc. of the 34th UK Conference on Human Response to Vibration. Dunton 1999.

9.Kobishanov, V.V. Assesment of Passengers Safety in Emergency Situations,

Based on Simulation/ V.V. Kobishanov, G.S. Mihal’chenko, V.P. Tihomirov, G.A.

Fedyaeva, D.Y. Antipin, S.G. Shorohov// World Applied Sciences Journal 24 (Information Technologies in Modern Industry, Education & Society), 2013. – P. 86-90.

10.Förstberg, J. Ride comfort and motion sickness in tilting trains. Doctoral thesis – Stockholm, 2000. – 164 p.

УДК 656.212(043.3)

О. В. Брусенцов

КОНТРОЛЬ УРОВНЯ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ НАДЕЖНОСТИ ЧЕЛОВЕКА-ОПЕРАТОРА КАК ЧАСТЬ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ НАДЕЖНОСТИ «ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО ФАКТОРА»

Ключевым моментом в обеспечении безопасности перевозочного процесса является уровень профессиональной надежности железнодорожных операторов – работников локомотивных бригад и оперативного диспетчерского персонала. Следовательно, его необходимо контролировать, а для этого иметь измеряющий инструмент. Рассматривается оценка уровня функциональной надежности, созданная на реальном массиве данных, полученном на контингенте действующих операторов.

Обеспечение

безопасности

перевозочного

процесса

является

145

Ремонт и динамика подвижного состава

приоритетной задачей железнодорожного транспорта, и решаться она может только на системном уровне с учетом большого количества технических и организационных мероприятий. При этом важно учитывать «удельный вес» составляющих.

Сегодня уровень безопасности перевозочного процесса определяет «человеческий фактор», на долю которого приходится до 80 % нарушений [1]. Поэтому, не умаляя значимость других составляющих, необходимо повышать, прежде всего надежность деятельности человека. Под термином «человеческий фактор» понимается уровень профессиональной надежности работников. Учитывая нынешнюю структуру управления железнодорожным транспортом, речь идет, прежде всего, о работниках операторского профиля, а именно о локомотивных бригадах и оперативном диспетчерском персонале. Они непосредственно влияют на уровень безопасности. В связи с этим, актуальной является проблема контроля уровня их профессиональной надежности, а для этого необходимо иметь ее объективную оценку.

По отношению к техническим устройствам такой контроль давно выработан в виде стройной системы. Имеются объективные показатели, как единичные, так и комплексные. Единичные – типа наработка на отказ, вероятность безотказной работы в заданном интервале времени и др., комплексные – коэффициент готовности и т.п. Ведется мониторинг показателей по мере времени использования устройства. По отношению к человеку на сегодня такой системы нет, хотя необходимость ее давно назрела.

Потребность в решении вопросов учета уровня профессиональной надежности человека-оператора в процессе эксплуатации системы «человекмашина» определила необходимость в разработке методов ее количественного оценивания. В то же время одним из самых важных является вопрос критериев надежности человека. Поиски последних предполагают изучение не только существующих, но и потенциальных качеств человека, анализ его резервов, которые изменяются в процессе жизни и деятельности. С развитием эргономики, инженерной психологии и общей теории надежности был разработан целый ряд количественных методов оценки надежности, главными из которых являются обобщенный структурный, системный, операционнопсихофизиологический и системотехнический методы [2]. При этом отмечается, что уровень профессиональной надежности человека-оператора

146

ТРАНСВУЗ – 2015

является сложной величиной, состоящей из ряда качественно разнородных составляющих. В самом общем виде выделяют медико-биологическую, психофизиологическую, квалификационно-образовательную и функциональную.

В настоящее время каждая из этих подсистем обеспечивается соответствующим мероприятием. Так, уровень медико-биологической надежности контролирует медицинский осмотр, что позволяет не допускать к конкретным рабочим местам людей с определенными патологиями. Психофизиологической – психофизиологический профессиональный отбор, не допускающий к работе людей, не имеющих необходимого уровня определенных профессионально важных психофизиологических качеств. Квалификационно-образовательную часть обеспечивают и контролируют профессиональное обучение, тренинг, переподготовка кадров. При этом явно недостаточно представлены мероприятия по контролю уровня функциональной надежности.

Существенно, что эти составляющие взаимодействуют таким образом, что сниженный уровень одних может компенсироваться повышенным уровнем других и наоборот. Это свойство можно учитывать путем получения интегральной оценки. При этом необходимо знать характер взаимоотношений между составляющими, а также иметь оценки их самих. Необходимо отметить, что объективная оценка составляющих часто бывает достаточно сложной.

Безусловно одной из важнейших составляющих уровня профессиональной надежности человека-оператора является уровень функциональной надежности, поскольку именно по причине его снижение происходит до 90% ошибок человека-оператора. Ее определяют, как свойство функциональных систем организма обеспечивать его динамическую устойчивость в выполнении профессиональной задачи в течение определенного времени и с заданным качеством [3]. В свою очередь, уровень функциональной надежности состоит из двух составляющих с различным временным периодом

– оперативной (функциональное состояние) и долговременной (трендовая часть). Трендовая часть не изменяется на протяжении достаточно длительного времени (месяцы, годы), а функциональное состояние изменяется в виде «пиков», «спадов» или относительно равного «плато» в течение часов, дней.

147

Ремонт и динамика подвижного состава

Профессионально важные качества, входящие в состав трендовой части, медленно изменяются в процессе профессионализации и определяют диапазон вариации параметров текущего функционального состояния, которые меняются быстро. Наиболее важными медленно изменяющимися параметрами являются биологический возраст и уровень здоровья.

Важность биологического возраста, как показателя степени износа организма, определяется тем, что при старении функциональные возможности организма снижаются и, в общем случае, весьма быстро. Каждая профессионально значимая функция организма уменьшается в среднем на 1 % в год по отношению к уровню молодого человека (22 года - для мужчин и примерно 20 лет - для женщин). Еще быстрее снижается интегральная работоспособность организма и уже к 40 годам она уменьшается в среднем в 3 раза. Эта проблема приобрела особую актуальность в последние годы в связи с тем, что совпали две тенденции. С одной стороны, демографическая ситуация в стране ставит вопрос о повышении пенсионного возраста, а с другой – наблюдается существенное повышение темпа старения у значительной части популяции.

Важность уровня здоровья объясняется тем, что оно определяет «запас прочности», который позволяет организму сохранять оптимальное функциональное состояние, в том числе и в усложненных условиях. Пониженный уровень здоровья приводит к снижению уровня функциональной надежности работника, что повышает вероятность того, что он окажется в состоянии, связанном с пониженным уровнем профессиональной надежности (утомление, пограничное состояние или даже болезнь и т. д.). Замечено, что низкий уровень профессионального здоровья становится причиной до 26 % ошибок оператора [4]. Важность уровня здоровья повышается еще и тем, что оно существенно ухудшается под воздействием факторов профессиональной деятельности. Такие изменения, как повышение артериального давления, снижение концентрации внимания, скорости реакции, проявляются уже в первые годы работы. В дальнейшем развиваются заболевания сердечнососудистой и нервной систем, опорно-двигательного аппарата и желудочнокишечного тракта. Значительная часть «практически здоровых» работников при более тщательном и квалифицированном обследовании попадают в т. н. «пограничное состояние», т. е. с заболеваниями нервно-психической сферы на

148

ТРАНСВУЗ – 2015

различных стадиях формирования [5].

Таким образом, одинаковые колебания функционального состояния при разных уровнях трендовой части могут приводить к совершенно разным результатам. В случае высокого уровня трендовой части, уровень функциональной надежности в любом случае остается на уровне выше допустимого. При среднем – уровень функциональной надежности может оказаться на уровне ниже допустимого и при низком уровне это происходит достаточно часто.

В настоящее время уровень функциональной надежности контролируется только у двух профессиональных групп (работники локомотивных бригад и водители автотранспорта), и только по одной составляющей, а именно по функциональному состоянию. При этом известно, что именно трендовая часть определяет диапазон колебаний функционального состояния и ее учет позволяет не только определять, но и прогнозировать уровень функциональной надежности человека-оператора и таким образом снизить уровень производственных рисков. Кроме того, указанный контроль также способствует повышению качества жизни, выражающегося в сохранении профессионального здоровья и продолжении профессионального долголетия работников. Важность контроля долговременной составляющей возрастает также в связи с наблюдаемым снижением ее уровня у действующего контингента. Многие исследования, в том числе наши, показывают наличие, как низкого уровня здоровья, так и существенного превышения биологического возраста над метрическим у значительной части контингента украинских железных дорог [6].

При этом возникает проблема объективной оценки, сложность которой определяется тем фактом, что речь идет о получении единой оценки для величины, состоящей из качественно разнородных составляющих. Стратегия разработки такой оценки в большой мере определяется конкретными данными, поэтому целесообразно ее проводить числовым методом, т.е. на конкретном массиве данных. Для получения такого информационного массива было проведено обследование большой группы работников операторского профиля – мужчины в возрасте 26-50 лет. По результатам обследования на каждого было получено 18 показателей, относящихся к трендовой части уровня функциональной надежности. Это уровень здоровья (как уровень физического

149