1.5 Оценка надежности состояние балластного слоя

Состояние балластного слоя принято оценивать засоренностью щебня, протяженностью пути и выплесками загрязненного балласта у шпал или количеством отступлений по показателям вагона-путеизмерителя.

Наиболее просто и наглядно оценивать состояние балласта по доле протяженности пути с выплесками:

, (1.50)

где m(t_i) – протяженность пути с выплесками, м, в момент времени или наработки t_i.

По результатам наблюдений строится упорядочный ряд m(t_i) по мере возрастания t_i, определяются частотности F(t_i) и квантили нормального распределения U_Pi, а по ним указанным ранее способом – T_cp и s_t этого ряда наблюдений. По этим параметрам можно установить наработку для любой доли протяженности пути с выплесками.

В инструкции по текущему содержанию пути [2] доля протяженности пути с грязевыми выплесками варьируется от 5 до 30%, при этом скорости движения поездов ограничиваются от 140 до 25 км/ч.

Из формулы (1.50) выразим протяженность пути с выплескам m(t_i):

Результаты вычислений сведены в таблицу 1.10

Таблица 1.10 Расчет протяженности пути с выплесками

Наработка ti , млн. т брутто	Квантиль Ui	Вероятность F(ti)	Протяженность пути с выплесками m(ti), м
360	2.46	0,007343	7,343
445	2.41	0,008475	8,475
530	1.88	0,025938	25,938
615	1.82	0,034471	34,471
700	1.70	0,045608	45,608
785	1.51	0,063244	63,244

График зависимости протяженности пути с выплесками от пропущенного тоннажа (рисунок 4) строим по таблице 1.10.

Рисунок 4 Зависимость протяженности пути с выплесками от наработки тоннажа

Таким образом, протяженность пути с грязевыми выплесками, являющаяся основанием для ограничения скорости движения поездов (от 5% (2,4375 км) до 30% (14,625 км)) будет достигнута при наработке менее 500 млн т бр.

2 Управление надежностью бесстыкового пути

Оценка надежности рельсов бесстыкового пути может быть осуществлена так же, как для обычных рельсов, при этом плети условно делятся на отрезки длиной 25 м (такова длина рельсовой вставки, ввариваемой при восстановлении лопнувшей плети). Рельсы уравнительных пролетов из рассмотрения исключаются, так как интенсивность их отказов в 5–6 раз выше, чем на длине плети, и за срок службы плетей эти рельсы меняют несколько раз. Надежность рельсов и скреплений оценивается таким же порядком, как уже описано.

В технических условиях на работы по ремонту и планово-предупредительной выправке пути усиленный капитальный ремонт бесстыкового пути назначается по следующим критериям (табл. 2.1).

Таблица 2.1 Критерии назначения капитального ремонта пути

Класс пути	Основные критерии		Дополнительные критерии
	Пропущенный тоннаж, срок службы в годах, % от нормативного1)	Одиночный выход рельсов (в сумме за срок службы – в среднем на участке ремонта), шт/км2)	Количество негодных и дефектных элементов на 1 км верхнего строения пути, % и более
			Негодные деревянные шпалы, %	Негодные скрепления3), %	Число шпал с выплесками, %
2 класс	Не менее 100	6 и более	18	20	5

Для пути групп и категорий В2, исходя из данных таблицы 2.1, вероятности отказов рельсов F_p(t_i), шпал F_ш(t_i) и скреплений F_с(t_i) составят:

;

При этом вероятность безотказной работы рельсошпальной решетки бесстыкового пути

Однако, это не вероятность возникновения аварийной ситуации, а вероятность существенных экономических потерь.

Вероятность необнаружения дефекта и излома дефектного рельса под поездом не превышает 0,0045 (222 замены на один излом), вероятность крушения или аварии поезда при изломе рельса составляет 0,018 (55 изломов на один сход). То есть вероятность аварии или крушения при появлении дефектного рельса не превышает 0,000081, что соответствует замене 12346 дефектных рельсов.

Железобетонные шпалы являются высоконадежными, и их состояние в первом межремонтном цикле обычно не угрожает безопасности движения.

Достаточно надежными элементами бесстыкового пути являются рельсовые скрепления, прежде всего изолирующие детали (прокладки, втулки). При отказе 20% этих элементов появляются отказы автоблокировки, что ведет к задержкам поездов (экономические потери) и создает угрозу безопасности движения поездов.

Если вероятность безотказной работы Р(t_i) задана в виде таблицы или графика, то формула для определения Т_ср может быть записана в виде:

(2.1)

Если разбиение по t сделать с постоянным шагом ∆t = t_i+1 – t_i, то можно записать:

; (2.2)

. (2.3)

Тогда тоннаж, при котором необходимо будет производить ремонт пути, будет определяться выражением:

(2.4)

Таблица 2.2 Вероятность безотказной работы рельсошпальной решетки

Тоннаж, млн. т брутто	Вероятность безотказной работы
	рельсов	скреплений БП-65	шпал	рельсошпальной решетки
100 200 300 400 500 600 700	0,9988 0,9972 0,9951 0,9922 0,9881 0,9832 0,9768	0,9749 0,9342 0,8622 0,7632 0,6371 0,4801	0,9999 0,9999 0,9999 0,9998 0,9998 0,9997 0,9995	0,9955 0,9809 0,9431 0,7940 0,6419 0,3894 0,2401

Рисунок 5 Зависимость вероятности безопасной работы от наработки тоннажа

Для определения параметров нормального распределения наработки рельсошпальной решетки бесстыкового пути используем данные таблицы 2.2.

По формуле (2.1) определим:

T_cp = 100(1+0,9955+0,9809+0,9431+0,7940+0,6419+

+0,3894+0,2401) = 598,5 млн. т брутто;

s_t = 0,35∙598,5 = 209,5 млн. т брутто.

Тоннаж, при котором нужно производить ремонт пути, найдем из формулы (2.4):

T_p = 598,5 – 0,674∙209,5 = 457,3 млн. т брутто.

При такой наработке рельсошпальная решетка должна быть заменена, или в ней необходимо заменить все негодные детали.

В итоге самым жизнеспособным элементом, как видно из графика, является шпала, ее вероятная безотказная работа при пропущенном тоннаже 700 млн. т брутто составляет 0,9995, а элемент который чаще всего выходит из строя скрепление БП-65 при таком же пропущенном тоннаже его вероятная безотказность 0,3474, но вероятнее выход из строя рельсошпальной решетки в целом.