1.3 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 Pi – 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)
,
(1.40)
где Tcp – средняя наработка до отказа;
t – среднее квадратичное отклонение безотказной работы.
Для определения параметров нормального распределения Tcp и 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 t1, t2,…, tr, n–r элементов по истечении некоторой наработки t0 tr остались исправными.
Параметры Tcp и t можно оценить по методу квантилей.
Считаем, что за время ti вероятность выхода из строя элементов скреплений составит:
.
Для этой вероятности по приложению 2 определим квантили Up и составим r уравнений системы.
Полученную систему уравнений решим по методу наименьших квадратов.
Уравнения решаем относительно неизвестных Tcp и t. Точность полученных значений Tcp и t может быть оценена с помощью соответствующих уравнений.
Частота отказов элементов рельсовых скреплений типа КБ-65, БП-65, ЖБР определена по статистическим данным об отказах элементов во время эксплуатации (табл. 1.4). Используя эти данные, определим значения Tcp и t, млн. т брутто (табл. 1.5).
Анализ данных таблиц 1.4 и 1.5 показывает, что наибольшую частоту отказов у скрепления КБ имеют подрельсовые и нашпальные прокладки, а также металлические подкладки. При повышении надежности этих элементов надежность узлов скреплений КБ можно существенно повысить при значительно большей наработке по сравнению с имеющейся в настоящее время.
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.
У скреплений типа ЖБР недостаточную надежность имеют закладные болты, клеммы и резиновые прокладки.
После определения параметров Tcp и t и вероятности безотказной работы P(t) отдельных элементов скреплений перейдем к определению вероятности безотказной работы узлов скреплений. Для этой цели составлены структурные схемы анализа надежности скреплений КБ, ЖБР, БП (рис. 1.1).
На этих схемах приняты следующие обозначения:
а) для расчета надежности скреплений КБ:
1к – болты клеммные; 2к – клеммы; 3к – шайбы клеммные; 1п – прокладки резиновые подрельсовые; 2п – подкладки; 3п – прокладки под подкладки (нашпальные); 13 – болты закладные; 23 – шайбы закладных болтов; 33 – втулки удлиненные; 43 – шайбы закладные;
б) для расчета надежности скреплений БП:
13 – болты закладные; 23 – шайбы закладные; 33 – втулки короткие; 43 – втулки удлиненные; 53 – клеммы; 1п – прокладки резиновые подрельсовые; 2п – подкладки; 3п – прокладки под подкладками (нашпальные);
в) для расчета надежности скреплений ЖБР: 13 – болты закладные; 23 – втулки удлиненные; 33 – клеммы; 43 – резиновые подклеммники; 53 – пластинки; 1п – прокладки резиновые подрельсовые.
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).
При параллельном соединении отказ системы происходит тогда, когда откажут все параллельные участки схемы.
Вероятность безотказной работы участков схемы этого вида определена по формуле (1.39). При составлении структурных схем для подкладочных скреплений КБ и БП учитывалось, что подкладки объединяют работу прикрепителей (клеммных и закладных болтов). Отказ узла скреплений в экстремальных условиях эксплуатации произойдет тогда, когда откажут обе параллельные цепи элементов прикрепителей. У бесподкладочных скреплений ЖБР отказ узла скреплений наступит при отказе любого из его элементов.
а
1к
1`к
2к
3к
1п
2`к
3`к
2п
3п
13
1`3
23
33
2`3
3`3
43
4`3
13
1`3
23
33
2`3
3`3
43
53
4`3
5`3
1п
2п
3п
13
23
33
43
53
1`3
2`3
3`3
4`3
5`3
1п
Pc(t)
б)
Pc(t)
в)
Pc(t)
Р
ис.
1.1 Структурные схемы для расчета
рельсовых скреплений: а
– КБ; б
– БП; в
– ЖБР
Т
аблица
1.4