Размещено на http://www.allbest.ru/

НАДЕЖНОСТЬ СЖАТ И КАЧЕСТВО ПЕРЕВОЗОЧНОГО ПРОЦЕССА

1. Помехи на поток поездов от отказов автоблокировки

Уровень надежности СЖАТ непосредственно влияет на безопасность и бесперебойность движения поездов, на скорость и сроки доставки грузов, на трудоемкость и себестоимость перевозок, а также на расходы по эксплуатации систем.

Повышение надежности СЖАТ снижает расходы на их эксплуатацию, уменьшает потери в поездной работе от отказов в этих системах, повышает безопасность движения поездов. В то же время более надежная техника требует увеличения затрат на ее разработку и изготовление. Учесть в комплексе противоречивые результаты от повышения надежности СЖАТ позволяют экономические показатели. Вопросы экономики и организации эксплуатации СЖАТ рассматриваются в специальных курсах. В данной главе изложены лишь некоторые вопросы, непосредственно связанные с мероприятиями по обеспечению надежности.

Увеличение долговечности СЖАТ равносильно вводу в строй новых систем, а увеличение времени безотказной работы и уменьшение времени восстановления снижает потери от их простоя. Чем более ответственные функции выполняет система, тем большее значение приобретает его надежность, так как в ряде случаев потеря ее работоспособности может привести к катастрофическим последствиям, и при этом не экономические затраты, а именно катастрофические последствия являются определяющими.

В настоящее время достоверная экономическая оценка мероприятий по повышению надежности СЖАТ возможна только по защитным отказам. Экономическая оценка безопасности этих систем затруднена прежде всего тем, что пока не выработаны единые международные признаки установления цены надежности, связанные с уровнем риска потери здоровья или жизни пассажиров или работников железных дорог, хотя на автомобильном транспорте России с 1982 г. действует инструкция ВСН 3-81, в соответствии с которой в суммарных потерях от вовлечения человека в дорожно-транспортное происшествие учитываются потери национального дохода на лечение, оплату бюллетеней, пенсий, пособий и т.д.

Отказы, связанные с угрозой жизни и здоровью человека или окружающей среде, в настоящее время учитывают коэффициентами значимости отказа [7] или балльной его оценкой [2], численные значения которых установлены субъективно, без каких-либо расчетных обоснований. Наиболее корректным пока следует признать метод нормирования безопасности СЖАТ в пределах всего срока их службы при соответствующих условиях эксплуатации [8, 12].

Отказы устройств автоблокировки приводят к дополнительным эксплуатационным издержкам от создаваемых помех на процесс движения поездов.

Защитные отказы систем АБ приводят к задержкам поездов, вследствие чего уменьшается участковая скорость движения поездов и снижается пропускная способность участков железных дорог, увеличиваются сроки доставки грузов и пассажиров, ухудшаются такие важнейшие показатели транспортной продукции, как регулярность и своевременность перевозок. Опасные отказы создают предпосылки для возникновения аварий или крушений и оказываются ежегодно основной причиной нескольких аварий, а иногда и крушений на сети железных дорог страны [25].

В устройствах АБ более 80% отказов приводят к смене зеленого огня на красный. Такие характерные отказы, как пробой изолирующих стыков, приводят обычно к ложному загоранию красным огнем светофоров на двух смежных блок-участках, а понижение сопротивления изоляции рельсовых цепей может вызывать одновременные отказы и большего количества смежных сигнальных точек. Если отказ не вызывает уплотнение поездопотока, то средние потери времени хода каждого поезда для общего случая ложного горения красного огня на n смежных проходных сигнальных точках можно записать в следующем виде:

Где - средняя длина блок-участка;

- длина поезда;

- скорость движения по графику;

- допустимая скорость при проезде светофора с желтым огнем;

- скорость при проследовании красного сигнала;

- ускорение поезда;

- продолжительность стоянки поезда перед красным огнем.

Ложное горение желтым огнем светофора проходной сигнальной точки из-за отказов устройств АБ требует ограничения скорости движения обычно по одному блок-участку. Плохое состояние верхнего строения пути может вызывать необходимость ограничения скорости поездов на нескольких смежных блок-участках. Формула для определения потерь времени хода каждого поезда при отсутствии волны задержек поездов и в случае, когда скорость ограничивается на n блок-участках, получена в виде:

где - максимально допустимая скорость при ограничении.

Изменения в движении поездов по перегону, оборудованному двухпутной АБ, при наиболее характерных отказах, вызывающих ложное горение красным огнем одного светофора, рассмотрены в [25]. Предельный минимальный интервал попутного следования , когда отказ сигнальной точки АБ не вызывает уплотнения поездопотока, можно найти по формуле

(7.3)

При сокращении интервала от предельного до расчетного , обеспечивающего трехблочное разделение поездов и меньше, начинается уплотнение поездопотока, и потери поездо-часов у каждого поезда, следующего за первым, будут нарастать, так как при этом возникает волна задержек поездов. Межпоездной интервал после проследования неисправного проходного светофора начнет при этом уменьшаться от до минимальной величины , равной

(7.4)

Степень уплотнения поездопотока зависит от величины разности - и продолжительности времени восстановления работоспособности устройств. При небольших значениях указанных параметров среднюю величину интервала можно находить по формуле

(7.5)

где , - соответственно расчетный и средний интервалы попутного следования между поездами, вычисляемые по известным формулам [13].

При < появляются дополнительные задержки поездов в течение периода восстановления графикового ритма после устранения отказа, а также задержки грузовых поездов из-за дополнительных обгонов их пассажирскими поездами для ликвидации опозданий пассажирских поездов. В результате этого зависимость потерь в поездной работе от времени восстановления становится нелинейной.

Предельный коэффициент использования пропускной способности , до которого сохраняется линейная зависимость потерь поездо-часов от времени восстановления работоспособности технических средств АБ, при трехблочном разграничении поездов и оперировании поездами, приведенными к грузовым, может быть найден из выражения

(7.6)

где - расчетный интервал попутного следования между грузовыми поездами;

- средняя длина грузового поезда;

- ускорение грузового поезда.

Графики найденной зависимости потерь поездо-часов грузовыми поездами от времени восстановления работоспособности устройств двухпутной АБ и коэффициента показаны на рис. 7.1. Изменение на перегоне с =1,75 км достигалось варьированием количества грузовых поездов при неизменном количестве пассажирских поездов =25 пар. Зависимости получены при 1620 км/ч², 3 мин; для грузовых поездов: 1 км, 50 км/ч, 30 км/ч; для пассажирских поездов: 0,5 км, 100 км/ч, 50 км/ч. Левая на рисунке граница поверхности получена при верхнем допустимом для двухпутных участков значении коэффициента заполнения пропускной способности, равном 0,91. Линейность зависимости для грузовых поездов сохранялась до =0,55, а при >0,65 - 0,7 потери в поездной работе резко увеличивались с ростом более 4,0 - 4,5 ч. Вследствие первоочередного пропуска пассажирских поездов потери для них относительно невелики.

На участках с интенсивным пассажирским движением количество неплановых остановок пассажирских поездов с ростом и увеличивается линейно, а зависимость для них становится нелинейной даже при относительно небольших .

С ростом отношения при неизменном времени восстановления графикового ритма потери в поездной работе растут вследствие приоритетного пропуска пассажирских поездов, что вызывает рост стоянок грузовых поездов под обгоном. Рост средней длины блок-участков приводит при отказах устройств АБ к пропорциональному увеличению потерь , практически не сказываясь на величине дополнительных остановок грузовых поездов .

Наиболее характерные отказы устройств АБ на однопутных участках железных дорог приводят к ограждению блок-участка с обоих сторон ложно горящими красным огнем светофорами, что вызывает увеличение

Рис. 1 Зависимость потерь поездо-часов, вызванных отказами устройств АБ, от времени восстановления и интенсивности движения поездов на двухпутном участке

как периода парного непакетного графика, так и, при соответствующих условиях, интервалов между поездами в пакете. Это видно из примера графика движения, приведенного на рис. 2, где нитки исполненного частично-пакетного графика, совпавшие с плановыми, показаны жирными линиями, а нитки фактического движения поездов - тонкими линиями.

Рис. 2 График движения поездов на однопутном участке при отказе сигнальной точки АБ

Период парного непакетного графика увеличивается при этом на удвоенную величину потерь времени хода , которую можно вычислять по формуле (7.1). Если средний интервал между поездами в пакете меньше предельного, вычисленного по формуле (7.3), то интервал между поездами в пакете после проследования светофора, горящего красным огнем, можно вычислять с использованием выражений (7.4) и (7.5). Период частично-пакетного графика растет при этом до , а среднее время занятия перегона одной парой грузовых поездов при одном отказавшем блок-участке возрастает в общем случае на величину

, (7.7)

где - коэффициент пакетности;

- расчетный межпоездной интервал между грузовыми поездами в пакете;

- интервал между поездами в пакете после проследования светофора отказавшей сигнальной точки для грузовых поездов;

- количество поездов одного направления в пакете;

- средние потери времени хода первого грузового поезда при проследовании светофора отказавшей сигнальной точки, вычисляемые по формуле (7.1) при n = 1.

Для наиболее характерного случая при двух поездах в пакете (=2):

. (7.8)

Продолжительность опоздания последнего поезда, прошедшего на ложный красный огонь светофора

(7.9)

или при двух грузовых поездах в пакете:

, (7.10)

где - общее количество пар поездов, прошедших на красный огонь светофора за время восстановления;

- разность среднего и расчетного значений станционного интервала скрещения поездов;

- средний интервал между поездами в пакете частично-пакетного графика для грузовых поездов.

На рис. 3 приведены в качестве примера графики зависимости от времени восстановления и коэффициента использования пропускной способности потерь поездо-часов грузовых поездов, вызванных перекрытием на красный огонь проходных светофоров при отказе устройств однопутной АБ, ограждающих один блок-участок, полученные при =2 км, =2, длине перегона 15 км, коэффициенте съема пропускной способности пассажирскими поездами 1,3, расчетном станционном интервале скрещения поездов 0,05 ч, интенсивности движения =21 пара и =8 пар.

Степень использования пропускной способности менялась варьированием графиковой скорости движения грузовых и пассажирских поездов в диапазоне =40 - 70 км/ч и =80 - 140 км/ч. Левая граница поверхности получена при верхнем допустимом для однопутных линий железной дороги коэффициенте , равном 0,85.

Зависимости и при ложном горении красным огнем светофоров, ограждающих один блок-участок, остаются линейными при использовании до половины пропускной способности перегона при одинаковом темпе нарастания для однопутных и двухпутных участков в области невысоких значений степени использования пропускной способности перегонов.

Рис. 3 Зависимость потерь поездо-часов, вызванных отказом сигнальной точки АБ, от времени восстановления и интенсивности движения поездов на однопутном участке

Потери поездо-часов пассажирскими поездами на однопутных участках с двухсторонним движением сравнимы с такими потерями на двухпутных участках с односторонним движением при одинаковых , однако удельные потери из расчета на один поезд, проходящий по перегону с ложно горящим красным огнем светофором, на двухпутных участках заметно меньше в силу большей интенсивности движения поездов на них.

То же самое относится и к количеству дополнительных остановок пассажирских поездов из-за отказов средств АБ.

2. Влияние отказов на поездную работу станций

Отказы станционных устройств ЖАТ снижают пропускную и перерабатывающую способность станций. Например, по данным ВНИИЖТа на двухпутном участке длиной 200 км отказ ЭЦ в течение двух часов снижает пропускную способность на 1,8 поезда в сутки при среднем параметре потока отказов и на 11 поездов при максимальном значении этого параметра.

При отказах устройств ЭЦ увеличивается продолжительность трех операций: времени приготовления маршрута, времени открытия сигнала и времени проследования поездом маршрута приема или отправления. Увеличение последней составляющей станционного интервала определяется тем, что пригласительный огонь на входном или выходном светофоре, разрешение на бланке зеленого цвета или регистрируемый приказ дежурного по станции, переданный по радиосвязи, дают право машинисту проследовать закрытый светофор и вести поезд до момента остановки на пути или до первого проходного светофора (на перегонах, не имеющих проходных светофоров - до входного) со скоростью не свыше 20 км/ч с особой бдительностью и готовностью остановиться, если встретится препятствие для дальнейшего движения.

Первая составляющая увеличивается вследствие того, что при организации движения поездов по станции в течение времени восстановления работоспособности устройств ЭЦ дежурный по станции и работники движения, помогающие ему, должны выполнять ряд операций по установке и разделке маршрутов, требующих дополнительных затрат времени. Кроме того, от момента обнаружения отказа дежурным по станции и до момента начала установки первого маршрута в рассматриваемых условиях проходит определенный отрезок времени, представляющий собой по существу «окно» и затрачиваемый дежурным по станции на выполнение действий, предусмотренных для этого Инструкцией по движению поездов. Вторая составляющая растет, так как перед приемом или отправлением поезда при запрещающем показании соответствующего светофора дежурный по станции должен выполнить ряд дополнительных операций, чтобы лично убедиться в готовности маршрута для его использования.

На участковых станциях при отказе стрелок или рельсовых цепей в задаваемом маршруте имеется возможность задания вариантного маршрута, в результате чего продолжительность «окна» резко сокращается, и сохраняется возможность работы при автоматической проверке условий безопасности движения поездов без использования в устанавливаемых маршрутах поврежденных устройств. В этих условиях отказы оказывают меньшие возмущения на перевозочный процесс, и величина задержек поездов может быть определена с учетом структурной надежности станции и степени заполнения пропускной способности ее горловины.

Методика расчета количества задержанных поездов и поездо-часов задержки при отказах устройств ЭЦ приведена в [25]. В Методике [26] приведены таблицы, облегчающие проведение таких расчетов на однопутных и двухпутных линиях.

3. Цена отказов СЖАТ

Системы ЖАТ относятся к большим техническим системам, отказы в которых обычно вызывают лишь снижение эффективности их действия [25]. Интегральной оценкой степени снижения эффективности может служить цена отказа.

При анализе потерь от наиболее характерных защитных отказов устройств ЖАТ на непродолжительном по сравнению со сроком службы системы интервале времени (0, t) можно считать, что в цену отказа входят две составляющих: потери в поездной работе и затраты на устранение отказа .

Составляющая цены защитного отказа, обусловленная ущербом в поездной работе, в общем случае может быть вычислена по одной из следующих формул в зависимости от того, какой ущерб определяется -- по приведенным затратам или по эксплуатационным расходам:

; (7.11)

, (7.12)

где - составляющая цены отказа соответственно по приведенным затратам или эксплуатационным расходам в поездной работе;

- средние приведенные затраты и средние эксплуатационные расходы на один поездо-час простоя по обращающимся на участке категориям поездов: грузовых, грузовых ускоренных, сборных, пассажирских или пригородных;

- средние приведенные затраты и средние эксплуатационные расходы, связанные с одной остановкой поезда соответствующей категории;

- количество категорий поездов, обращающихся на участке.

При ориентировочных расчетах, когда можно считать, что на каждый поездо-час задержки приходится одна остановка поезда, рассматриваемые составляющие цены отказа можно вычислять по более простым формулам:

; (7.13)

. (7.14)

На рис. 7.4 приведены зависимости относительного значения составляющих цены отказа АБ по эксплуатационным расходам в поездной работе от времени восстановления и коэффициента использования пропускной способности для двухпутного участка. За базу для сравнения принята составляющая цены отказа при времени восстановления =0,5 ч. Расчеты выполнены для тех же условий поездной работы, при которых найдены зависимости потерь поездо-часов и дополнительных остановок грузовых и пассажирских поездов в п. 7.2 (рис. 7.1). Линейность зависимости сохранялась до величины =0,55.

Зависимость относительного значения составляющей цены отказа устройств АБ в поездной работе по приведенным затратам от и имеет такой же характер, но точки этой поверхности расположены на 10 - 25% выше, чем точки поверхности на рис. 4. Величина превышения зависит от соотношения величин средних приведенных затрат и средних эксплуатационных расходов на один поездо-час простоя и одну остановку по категориям поездов.

При отказе устройств ЭЦ потери в поездной работе определяются, главным образом, продолжительностью «окна», необходимого дежурному по станции на выполнение дополнительных операций для перехода на инструктивные методы обеспечения безопасности движения поездов и на организацию установки маршрутов после обнаружения отказа.

Рис. 4 Влияние времени восстановления работоспособности устройств двухпутной АБ и интенсивности движения поездов на цену отказа

В случаях, когда отказ устройств ЖАТ приводит к крушению или аварии, включаемые в цену отказа затраты на ликвидацию его последствий определяются по фактическим статьям расходов.

Составляющая цены отказа , обусловленная затратами на устранение отказа, включает в себя: - оплату труда работников эксплуатационного и ремонтного штата; - стоимость заменяемых при ремонте элементов и оборудования; - транспортные расходы на доставку персонала и необходимого оборудования к месту отказа; - стоимость содержания необходимых запасных элементов, деталей, оборудования.

Дополнительные расходы по основной зарплате непосредственных исполнителей, устраняющих отказ в течение времени :

, (7.15)

станционный поезд железнодорожный станция

где - часовая тарифная ставка или средняя часовая зарплата i-го исполнителя;

- количество исполнителей, участвующих в устранении отказов.

Для определения стратегии технической эксплуатации системы ЖАТ важно знать соотношение между рассматриваемыми составляющими цены отказа. Расчеты показывают, что расходы на устранение отказов становятся сравнимыми с потерями в поездной работе от этих отказов для устройств двухпутной АБ и ЭЦ при степени использования пропускной способности ниже 35 - 40%, а для однопутной АБ - ниже 10 - 15%. Следовательно, если при высокой интенсивности движения поездов главной задачей является уменьшение времени восстановления для снижения потерь в поездной работе, то на малодеятельных линиях весьма важно и уменьшение расходов на устранение отказов.

Библиографический список

Бережной В. П., Дубицкий Л. Г. Выявление причин отказов радиоэлектронной аппаратуры. М.: Радио и связь, 1983. 232 с.

Брейдо А. И., Овсянников В. А. Организация обслуживания железнодорожных устройств автоматики и связи. М.: Транспорт, 1983. 208 с.

Дмитренко И. Е. Техническая диагностика и автоконтроль систем железнодорожной автоматики и телемеханики. М.: Транспорт, 1986. 144 с.

Дружинин Г. В. Надежность автоматизированных производственных систем. М.: Энергоатомиздат, 1986. 480 с.

Дубицкий Л. Г. Предвестники отказов в изделиях электронной техники. М.: Радио и связь, 1989. 97 с.

Козлов В. Е., Ефимова Е. Г. Технико-экономическая оценка надежности устройств СЦБ на двухпутных линиях // Вестник ВНИИЖТа. 1982. №7. С. 21-24.

Кубарев А. И. Надежность в машиностроении. М.: Изд-во стандартов, 1989. 224 с.

Лисенков В.М. Безопасность технических средств в системах управления движением поездов. -М.: Транспорт, 1985. 83 с.

Лонгботтом Р. Надежность вычислительных систем. М.: Энергоатомиздат, 1985. 288 с.

Майерс Г. Надежность программного обеспечения. М.: Мир, 1980. 360 с.

Меньшиков Н.Я., Королев А.И., Ягудин Р.Ш. Надежность железнодорожных систем автоматики и телемеханики. М.: Транспорт, 1976. 215 с.

Методы построения безопасных микроэлектронных систем железнодорожной автоматики / В. В. Сапожников, Вл.В. Сапожников, Х. А. Христов, Д. В. Гавзов. М.: Транспорт, 1995. 272 с.

Надежность и живучесть систем связи / Под ред. Б.Я. Дудника. М.: Радио и связь, 1989. 216 с.

Надежность изделий электронной техники народнохозяйственного назначения: Справочник. М.: ВНИИ Электростандарт, 1989. 196 с.

Надежность кабелей и проводов для радиоэлектронной аппаратуры / Е.В. Быков, С.Б. Веселовская, А.Н. Дудкевич и др. М.: Энергоатомиздат, 1982. 208 с.

Перникис Б.Д., Ягудин Р.Ш. Предупреждение и устранение неисправностей в устройствах СЦБ. М.: Транспорт, 1994. 254 с.

Пальчун Б.П., Юсупов Р.М. Оценка надежности программного обеспечения. СПб.: Наука, 1994. 212 с.

Сертификация и доказательство безопасности систем железнодорожной автоматики / В.В. Сапожников, Вл. В. Сапожников, В. И. Талалаев и др. М.: Транспорт, 1997. 288 с.

Станционные системы автоматики и телемеханики / В.В.Сапожников, Б.Н.Елкин, И.М.Кокурин и др. М.: Транспорт, 1997. 432 с.

Федотов А.Е. Научные основы эксплуатации систем железнодорожной автоматики и телемеханики. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. ЛИИЖТ, 1976. 403 с.

Физические основы надежности интегральных схем / В. Ф. Сыноров, Р. П. Пивоваров и др. М.: Советское радио, 1976. 320 с.

Филин Б. П. Методы анализа структурной надежности сетей связи. М.: Радио и связь, 1988. 205 с.

Хенли Э. Дж., Кумамото Х. Надежность технических систем и оценка риска. М.: Машиностроение, 1984. 528 с.

Чернышев А.А. Основы надежности полупроводниковых приборов и интегральных схем. М.: Радио и связь, 1988. 256 с.

Шаманов В.И. Надежность систем железнодорожной автоматики и телемеханики:. - Иркутск: Изд-во ИрИИТ, 1999. 78 с. Шаманов В.И.

Шаманов В. И., Ведерников Б. М. Методика расчета эффективности технических мероприятий по повышению надежности действующих устройств сигнализации, централизации и блокировки. М.: МПС, 1990. 79 с.

Шубинский И.Б. Расчет надежности цифровых устройств. М.: Знание, 1984. 79 с.

28. Шишляков А.В., Кравцов ЮА., Михайлов А.Ф. Эксплуатационная надежность устройств автоблокировки и АЛС. М.: Транспорт, 1969. 96 с.

29. Ягудин Р. Ш. Надежность устройств железнодорожной автоматики и телемеханики. М.: Транспорт, 1989.

Размещено на Allbest.ru