Формирование управляющих воздействий на контактной сети с учетом процесса разрегулировок опор

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

Формирование управляющих воздействий на контактной сети с учетом процесса разрегулировок опор

05.22.07 - Подвижной состав железных дорог, тяга поездов

и электрификация

кандидата технических наук

Ковалев Алексей Анатольевич

Екатеринбург - 2008

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Уральский государственный университет путей сообщения» (УрГУПС)

Научный руководитель - доктор технических наук, доцент Галкин Александр Геннадьевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Кудрявцев Анатолий Алексеевич

кандидат технических наук, доцент Смердин Александр Николаевич

Ведущая организация: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Самарский государственный университет путей сообщения» (СамГУПС)

Защита диссертации состоится «20» июня 2008 года в «14» часов 00 мин на заседании диссертационного совета Д 218.013.01 при Уральском государственном университете путей сообщения (УрГУПС) по адресу: 620034, г. Екатеринбург, ул. Колмогорова, д.66, ауд. 283.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке УрГУПС

Автореферат разослан «14» мая 2008 года

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью учреждения, просим направлять в адрес диссертационного совета Д 218.007.01 или по факсу т. (343) 358-47-66

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук, профессор Асадченко В.Р.

сеть контактный марковский железобетонный

Характеристика работы

Актуальность темы. Опоры контактной сети выступают в качестве несущих конструкций и в значительной степени определяют процессы разрегулировок подвески. Разрегулировка подвески приводит к ухудшению ветроустойчивости, ускорению износа полозов токоприемников и контактного провода, а также нередко сопровождается отказами, которые приводят к длительным задержкам, простою поездов, нарушению движения. Процесс разрегулировок опор и закономерности управляющих воздействий на сегодняшний день малоизученны. В связи с этим тема диссертационной работы весьма актуальна.

Цель диссертационной работы ? повышение надежности работы контактной сети на основе формирования управляющих воздействий с учетом процесса разрегулировок опор.

Для достижения указанной цели решались следующие задачи:

· проведен анализ характера разрегулировок опор контактной сети,

· разработана математическая модель разрегулировок положения опоры в виде марковского процесса, позволяющая сформировать проведение управляющих воздействий по уменьшению угла наклона опоры регулировки зигзага контактного провода,

· разработана математическая модель для определения угла наклона опоры в зависимости от деформационных характеристик грунта,

· разработан прибор для контроля угла наклона опор контактной сети.

Объект исследования ? опоры контактной сети участков железной дороги.

Область исследования ? взаимодействие токоприемников электроподвижного состава и контактных подвесок. Системы контактных подвесок и токоприемников. Устройства и материалы, снижающие износ контактного провода и обеспечивающие повышение скоростей движения. Опоры контактной сети, расположенные на участках железной дороги, а также деформационные характеристики грунта, влияющие на их наклон.

Научная проблема формулируется следующим образом: с увеличением срока службы опор число опор, отклонившихся от нормы, растет. Угол наклона опоры с течением времени может превысить допустимый, что способствует процессу разрегулировок проводов контактной подвески, увеличивая их износ и повышая риск отказа. Мероприятий по выявлению оптимального времени проведения технического обслуживания не разработано.

Методы исследования. При выполнении работы использованы методы расчетов контактной сети электрифицированных железных дорог, методы строительной механики и механики разрушения, теории надежности. Использованы также методы экспериментальных исследований угла наклона опор с помощью теодолита, устройства для контроля установочных параметров опор контактной сети и прибора УГК -1, разработанного автором.

Научная новизна работы заключается в решении следующих основных задач:

1. Разработана математическая модель разрегулировок опор контактной сети в виде марковского процесса, на основе которой возможно сформировать необходимое управляющее воздействие.

2. Обоснована возможность оптимизации нормируемых значений углов наклона опор контактной сети.

3. Разработана математическая модель для определения угла наклона опоры контактной сети на основе учета деформационных характеристик грунта.

4. Уточнена классификация типов грунтов при закреплении цельных железобетонных опор в грунт.

5. Разработан новый прибор для контроля углов наклона опор контактной сети, который удобен в эксплуатации.

Практическая значимость исследования. Проведенные исследования позволили усовершенствовать методику проведения измерения углов наклона опор. На основании этого даны практические рекомендации по оптимизации затрат на проведение управляющих воздействий, что дает возможность повысить надежность работы контактной сети.

Разработанный прибор для контроля угла наклона опоры контактной сети позволил сократить время на измерения, упростил работу, нашел практическое применение на Свердловской железной дороге.

На защиту выносится:

· математическая модель разрегулировок положения опоры на основе марковского процесса;

· методика расчета по формированию необходимого управляющего воздействия;

· математическая модель для определения угла наклона опоры контактной сети на основе учета деформационных характеристик грунта;

· принцип реализации прибора для измерения углов наклона опор контактной сети УГК-1;

· программное обеспечение, предназначенное для вычисления углов отклонения опор контактной сети.

Реализация результатов работы. Разработанный прибор УГК-1 был внедрен в опытную эксплуатацию на Свердловской железной дороге.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на конференциях, совещаниях, семинарах Уральского государственного университета путей сообщения «Молодые ученые транспорту», г. Екатеринбург (2005-2007 гг.); международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы автомобильного, железнодорожного и трубопроводного транспорта в Уральском регионе» Пермского государственного технического университета, г. Пермь, 2005г.; научно-производственной конференции «Состояние безопасности движения на путях общего и необщего пользования», г.Москва, 2008г.

Результаты диссертационных исследований были доложены на совместном научном семинаре кафедр «Электроснабжение транспорта», «Электрическая тяга» и «Механика деформируемого тела основания и фундаменты» Уральского государственного университета путей сообщения.

Основные положения диссертационной работы были доложены на кафедре “Электроснабжение транспорта” Уральского государственного университета путей сообщения.

Публикации. По теме диссертации было опубликовано 6 печатных работ. Материалы диссертации отражены в отчетах о НИР. Общий объем публикаций около 3 печатных листов, из которых автору принадлежит 2.5 печатных листа. Одна статья опубликована в издании «Транспорт Урала», входящем в Перечень изданий, рекомендованных ВАК для публикации научных результатов диссертаций, остальные статьи опубликованы в журнале «Электрика», сборниках научных трудов УрГУПС, Пермского государственного университета путей сообщения.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, библиографического списка и семи приложений. Содержание изложено на 118 машинописных страницах, в том числе включает 13 таблиц и 31 рисунок, библиографический список содержит 73 наименования.

Автор выражает признательность научному руководителю д.т.н. Галкину Александру Геннадьевичу и профессору Ефимову Александру Васильевичу за конструктивные замечания и ценные советы, а также кафедре “Электроснабжение транспорта” за поддержку и создание условий для выполнения работы.

Содержание работы

Во Введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования, отмечено научное и практическое значение работы.

Первая глава отведена анализу публикаций, касающихся эксплутационной надежности опор контактной сети, разрегулировок и отказов вследствие положения контактных проводов.

Большой вклад в изучение, разработку нормативов при проектировании, в анализ надежности опор контактной сети внесен такими учеными, как Баранов Е.А., Берг О.Я., Власов И.И., Галкин А.Г., Григорьев В.Л., Гуков А.И., Ефимов А.В., Крюков Е.П., Кудрявцев А.А, Кузнецов К.Б., Кондратьев В.Г., Маквардт К.Г., Михеев В.П., Подольский В.И., Поршнев Б.Г., Селедцов Э.П., Смердин А.Н., Фрайфельд А.В., Хромец Ю.К., Чекулаев В.Е., Чучев А.П., их учениками и другими учеными и специалистами.

Опорные конструкции в системе электроснабжения электрической железной дороги относятся к ответственным сооружениям. От их состояния во многом зависит безопасность движения поездов. В то же время они находятся в тяжелых эксплуатационных условиях. На них действуют переменные по величине и направлению механические нагрузки, зависящие от метеорологических условий, передаются колебания земляного полотна при динамических нагрузках подвижного состава.

Работниками Центрального научно-исследовательского института строительства (ЦНИИС), лаборатории опор контактной сети Санкт-Петербуржского университета путей сообщения, участков энергоснабжения железных дорог были проведены широкие исследования условий работы фундаментов и опор контактной сети. Установлено, что на опору действуют нагрузки двух видов: постоянные и временные. Постоянные нагрузки создаются весом проводов с арматурой и изоляторами, весом поддерживающих устройств, натяжениями от анкеровок проводов; временные - при действии ветра на опору и провода самой подвески контактной сети и при отложениях на проводах гололеда. Величины нагрузок достигают расчетных значений в чрезвычайно редких случаях. Чаще всего величина суммарной нагрузки не превышает половины расчетной.

Исследования характера влияния длительности действия нагрузки при расчете фундаментов опор контактной сети выполнены в ЦНИИСе под руководством к.т.н. Е. П. Крюкова. При этом рассмотрено соотношение между постоянной и временной нагрузками и влияние их на наклон опор.

В работе показано, что для опор, расположенных с внешней стороны кривой, в направлении «к пути» доля постоянной нагрузки увеличивается с уменьшением радиуса кривой и равна нулю при расположении опоры с внутренней стороны кривой. В направлении «от пути» доля постоянной нагрузки имеет максимальное значение при расположении опоры с внутренней стороны кривой и возрастает с уменьшением радиуса последней. В целом доля постоянной нагрузки при расчете опор в направлении к пути имеет большее значение, чем в направлении от пути, так как изгибающий момент от веса консолей и подвески всегда направлен в сторону пути.

В процессе исследования автором диссертации также было выявлено, что на кривых участках пути опоры контактной сети наиболее подвержены разрегулировке.

Для опор, расположенных на прямых участках пути, постоянная нагрузка дает изгибающий момент в сторону пути. При этом доля постоянной нагрузки растет с увеличением габарита опоры. В сторону “поля” эти опоры работают только на временную ветровую нагрузку, длительность действия которой при расчетной скорости ветра, равной максимальной из повторяющихся один раз в 10 лет, весьма мала. Между тем ветры с меньшими скоростями повторяются значительно чаще, и суммарное время их действия может быть очень велико.

Так, например, для переходной опоры, установленной с внутренней стороны кривой, где временная нагрузка составляет 0,4 суммарной, в течение года 10% времени усилия в опоре превышают 0,68 расчетной, 54% времени опора находится под нагрузкой, равной 0,62 расчетной, и 36% времени ? под нагрузкой, составляющей от 0,62 до 0,68 расчетной.

Автором было замечено, что на рассматриваемых участках Свердловской железной дороги скорость разрегулировки выше у переходных опор, чем у анкерных, так как они воспринимают нагрузку сразу от двух подвесок.

По данным Департамента электрификации и электроснабжения в период 2002-2006 гг. при увеличении перевозок на электротяге на 29,6% и росте производительности труда на 37% удельная повреждаемость контактной сети удерживается на уровне 0,74 ? 0,77 отказов на 100 км развернутой длины контактной сети. В 2006 году при снижении общего количества отказов по вине хозяйства, в основном за счет уменьшения отказов в работе устройств электроснабжения СЦБ, не удалось снизить количество отказов контактной сети по сравнению с 2005 годом.

Отказы контактной сети стоят на втором месте после отказов в линии автоблокировки, и их количество продолжает расти.

В течение 2006 года парк опор контактной сети увеличился на 23,3 тыс. штук и по состоянию на 01.01.2007г. составляет 1,67 млн. опор, из них 1,54 млн. железобетонных и 0,124 млн. металлических опор.

Из-за отсутствия должного контроля на Октябрьской (Санкт-Петербург, Финляндская дистанция электроснабжения), Свердловской (Тюменская дистанция электроснабжения) и Куйбышевской (Ульяновская дистанция электроснабжения) железных дорогах допущены случаи потери несущей способности опор с нарушением габарита подвижного состава и угрозой безопасности движения поездов (рисунок 1).



Рисунок 1 - Разрегулировка опоры контактной сети

На Свердловской дистанции электроснабжения ЭЧ-3 наиболее часто происходят отказы из-за поломки крышевого оборудования локомотива, обрыва и пережога контактных проводов. Причинами возникновения таких типов отказов является разрегулировка проводов контактной подвески. Существенное влияние на это могут оказывать отклонения опор от своей оси.

Отсюда следует вывод, что исследование процесса разрегулировки опор тоже весьма актуально. Необходимо разработать методику, которая позволит формировать сроки проведения необходимого управляющего воздействия, а также установить причины наклона опор контактной сети.

Во второй главе разработаны две модели: математическая модель разрегулировок положения опоры на основе марковского процесса, которая позволяет определять сроки проведения управляющих воздействий, и модель для определения угла наклона опор контактной сети на основе учета деформационных характеристик грунта.

Контроль положения опор контактной сети проводился ежеквартально в течение двух лет на перегонах и станциях Свердловской железной дороги. В результате были составлены гистограммы распределения углов наклона опор контактной сети от вертикали поперек (рисунок 2) и вдоль пути (рисунок 3).

Рисунок 2 - Гистограмма распределения углов наклонов опор контактной сети поперек пути

Примечание

1 угол наклона опоры принято измерять в процентах от ее длины;

2 отрицательное значение угла соответствует наклону в «поле»,

3 положительное значение угла соответствует наклону в «путь».



Рисунок 3 - Гистограмма распределения углов наклонов опор контактной сети вдоль пути

Примечание

1 угол наклона опоры принято измерять в процентах от ее длины;

2 отрицательное значение угла соответствует наклону против движения поезда, положительное значение угла соответствует наклону в сторону движения поезда.

По полученным гистограммам составлены матрицы переходных вероятностей для опор, наклоненных поперек пути (таблица 1) и вдоль пути (таблица 2).

Таблица 1 ? Матрица оценок переходных вероятностей наклона оси опор контактной сети перпендикулярно оси пути

Предыдущее состояние, %	Последующее состояние, %
	(-7,5) - (-6,0)	(-6,0) - (-4,5)	(-4,5) - (-3,0)	(-3,0) - (-1,5)	(-1,5) - (0)	0 - 1,3	1,3 - 2,6	2,6 - 3,9	3,9 - 5,2	5,2 - 6,5
(-7,5)-(-6,0)	1,00	0	0	0	0	0	0	0	0	0
(-6,0)-(-4,5)	0	1,00	0	0	0	0	0	0	0	0
(-4,5)-(-3,0)	0	0	1,00	0	0	0	0	0	0	0
(-3,0)-(-1,5)	0	0	0,03	0,97	0	0	0	0	0	0
(-1,5)-(0)	0	0	0	0,17	0,83	0	0	0	0	0
0-1,3	0	0	0	0	0	1,00	0	0	0	0
1,3-2,6	0	0	0	0	0	0	0,81	0,19	0	0
2,6-3,9	0	0	0	0	0	0	0	0,88	0,13	0
3,9-5,2	0	0	0	0	0	0	0	0	0,83	0,17
5,2-6,5	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1,00

Таблица 2 ? Матрица оценок переходных вероятностей наклона оси опор контактной сети относительно вертикали вдоль пути

Предыдущее Состояние, %	Последующее состояние, %
	(-3,0)-(-1,5)	(-1,5)-(0)	0-1,3	1,3-2,6	2,6-3,9
(-3,0)-(-1,5)	1	0	0	0	0
(-1,5)-(0)	0,058	0,941	0	0	0
0-1,3	0	0	0,6	0,4	0
1,3-2,6	0	0	0	0,923	0,0769
2,6-3,9	0	0	0	0	01

В результате проверки на стационарность получено, что оценки переходных вероятностей не противоречат гипотезе о стационарности процесса с вероятностью 0,81

Основываясь на измерениях опор контактной сети поперек и вдоль пути, была построена корреллограмма (рисунок 4).



Рисунок 4 - График корреллограммы

Оценка коэффициента корреляции составила с` = 0,0897, критерий значимости а=0,25.

Для описания процесса разрегулировки использована модель марковского процесса с дискретными пространством состояний и временем. Учитывая, что оценка коэффициента корреляции составила меньше 0,1, задачу по определению оптимального срока проведения технического обслуживания опор контактной сети можно разбить на две части. В первой части рассматривается наклон опоры перпендикулярно оси пути, во второй - вдоль оси пути.

Составлены и решены уравнения линейного программирования для двух случаев, записанные в виде уравнения

. (1)

С учетом ограничений

, (2)

где q_ij - переходная вероятность неуправляемого процесса; z_j - стоимость пребывания параметра в состоянии j в течение одного шага; C_is - стоимость управляющего воздействия; N - число состояний.

Регулировку опор на Свердловской железной дороге реально можно проводить два раза в год. В другое время из-за неблагоприятных погодных условий это сделать невозможно. Поэтому, основываясь на стационарности описываемого процесса, для получения достоверного результата необходимо спрогнозировать матрицы переходных вероятностей за два квартала, возведя исходные матрицы (таблица 1, 2) в квадрат.

После этого необходимо повторить расчеты с помощью уравнения линейного программирования.

В результате получены матрицы управляющих решений для случая наклона опор вдоль и поперек пути (таблица 3, 4 соответственно). В каждой строке этих матриц имеется один элемент, равный единице, остальные элементы строки равны нулю. Часть элементов матриц, равных единице, расположены на главной диагонали, остальные в разных столбцах. Наличие единиц не на главной диагонали означает необходимость обязательной регулировки параметра, с переводом его в состояние, номер которого соответствует номеру столбца с единицей. Нахождение единиц на диагонали означает, что параметр регулировке не подлежит.

Для опор, наклон которых направлен вдоль оси пути, было установлено, что регулировку опоры необходимо проводить при нахождении опоры в состоянии S1 и S5 соответственно. При ежеквартальной регулировке можно увеличить левую границу до (-3,5%).

Таблица 3 - Матрица управляющих решений для опор, наклоненных вдоль оси пути (при техобслуживании два раза в год)

S\S	S1	S2	S3	S4	S5
S1	0	0	1	0	0
S2	0	1	0	0	0
S3	0	0	1	0	0
S4	0	0	0	1	0
S5	0	0	1	0	0

Примечание- S1…S5 - состояния опоры согласно рисунку 3.

Таблица 4 - Матрица управляющих решений для опор, наклоненных поперек пути (при техобслуживании два раза в год)

S\S	S1	S2	S3	S4	S5	S6	S7	S8	S9	S10
S1	0	0	0	0	1	0	0	0	0	0
S2	0	0	0	0	1	0	0	0	0	0
S3	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0
S4	0	0	0	1	0	0	0	0	0	0
S5	0	0	0	0	1	0	0	0	0	0
S6	0	0	0	0	0	1	0	0	0	0
S7	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0
S8	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0
S9	0	0	0	0	0	1	0	0	0	0
S10	0	0	0	0	0	1	0	0	0	0

Примечание - S1…S10 - состояния опоры, согласно рисунку 2.

Из таблицы 4 видно, что для того, чтобы учесть действующие сроки управляющих воздействий, необходимо проводить регулировку опоры, наклон которой направлен в сторону “поля” при достижении значения угла 4%, а в сторону пути - 3%.

Наклон опор контактной сети от вертикального положения, по правилам устройств и технической эксплуатации контактной сети (ПУТЭКС), не должен превышать 3% высоты опоры в сторону, противоположную действию основных нагрузок, и 1% -- вдоль пути.

На основании решения уравнения линейного программирования для рассматриваемых участков железной дороги можно увеличить допущения норм ПУТЭКС до 5 ? 6% для опор, наклон которых направлен в сторону «поля», при регулировке опоры 1 раз в квартал, или до 4?4,5% для тех же типов опор при регулировке 1 раз в полгода. Для опор, наклоненных в сторону «пути», нормы ПУТЭКС увеличивать нельзя, а вдоль пути возможно увеличить нормы до 1,5?2,0%. Не стоит забывать, что данные управляющие воздействия сформированы для конкретных местных условий. На других участках дороги из-за различий в скорости протекания процессов разрегулировок и стоимости как разрегулировок, так и управляющих воздействий, результаты решений могут оказаться другими.

С целью оценки влияния типа грунта, в который погружена опора контактной сети, на угол ее наклона и величину перемещения опоры на уровне поверхности грунта, был предложен метод расчета, построенный на следующих допущениях:

? заделанная в грунт нижняя часть опоры рассматривается как одиночная свая, нагруженная горизонтальной силой и моментом;

- грунт, окружающий сваю, рассматривается как упругая линейно-деформируемая среда,

- деформативность грунта характеризуется коэффициентом пропор-циональности К, который зависит от их крупности, коэффициента пористости и консистенции.

Были рассчитаны горизонтальные перемещения и угол поворота поперечного сечения опоры. Сечение опор представляет собой кольцо, внешний диаметр которого D =492 мм, внутренний d = 290 мм.

Момент инерции

, (3)

где .

Коэффициент деформации

, (4)

где Е - модуль упругости, I - момент инерции, г_с= 3 - коэффициент условия работы, b_p - условная ширина сваи, K - коэффициент пропорциональности в зависимости от типа грунта.

Приведенная длина сваи определяется по формуле :

, (5)

где l - длина сваи

Результаты расчета сведены в таблица 5.

Таблица 5 - Расчетные значение коэффициента деформации и приведенной длины в зависимости от типов грунта

Тип	1	2	3	4
K, кН/м4	5500	9500	15000	24000
бе, 1/м	0.741	0.526	0.576	0.623
L, м	1.886	2.104	2.306	2.533

В действующем типовом проекте №2190 по условиям закрепления фундаментов и опор контактной сети выделено три основных типа грунтов. В предлагаемом автором методе расчета угла наклона опоры добавлен четвертый тип грунта ? глины и суглинки текучепластичные. Наличие такого типа грунта характерно на Урале. В результате классификация грунтов выглядит так:

1) глины и суглинки текучепластичные ()

2) пески пылеватые (); супеси пластичные (), глины и суглинки мягкопластичные (),

3) пески мелкие (), пески средней крупности (), супеси твердые (), глины и суглинки тугопластичные и полутвердые (),

4) пески крупные(), глины и суглинки твердые().

I_L - показатель текучести, e - коэффициент пористости.

Горизонтальное перемещение опоры U₀ на уровне поверхности грунта следует определять по формуле:

, (6)

где H₀ - нормативная сила, действующая на опору, М₀ - нормативно-изгибающий момент опоры, е_нн - горизонтальное перемещение сечения, м/кН, от действия силы Н=1, приложенной в уровне поверхности грунта; е_нм - горизонтальное перемещение сечения, 1 кН/м, от момента М = 1, действующего в уровне поверхности грунта.

В результате было получено значение перемещения опоры на уровне поверхности грунта (рисунок 5).

Из графика видно, что в слабых грунтах (глины, суглинки) перемещение опоры на уровне земли достигает 3,3 см при изгибающем моменте М₀ = 98 кНм. По нормам проектирования контактной сети допустимое перемещение на этом уровне не должно превышать 3,5 см. При таких же нагрузках перемещение опоры на уровне контактного провода составит около 14 см, или 1,34% от ее длины (рисунок 6), а наклон опоры при изгибающем моменте более 118 кН может превысить 2%. (рисунок 7).

Рисунок 5 -Перемещение опоры на уровне поверхности грунта в зависимости от его деформативности при различных изгибающих моментах

Рисунок 6 - Перемещение опоры на уровне контактного провода в зависимости от деформативности грунта при различных изгибающих моментах.

Поэтому при электрификации новых участков железной дороги, а также при реконструкции, когда происходит отсыпка грунта под новые пути, большое внимание следует уделять выбору закрепления опор. Рекомендуется пользоваться методом расчета, предложенным автором. В случаях, когда перемещение верха опоры превысит допустимое значение, следует произвести расчет на опрокидывание.

Рисунок 7 - Наклон опоры контактной сети в зависимости от его деформативности при различных изгибающих моментах

Разработанная модель позволяет рассчитывать величины нормируемых перемещений характерных сечений нераздельных опор с учетом деформативности грунта. Основываясь на методике приведенного расчета, стало возможным для каждого типа грунта составлять матрицы переходных вероятностей для разных типов опор, используя модель разрегулировок опоры контактной сети в виде марковского процесса. По полученным результатам формируются управляющие воздействия для анкерных, переходных и промежуточных опор, погруженных в определенный грунт.

В третьей главе произведен обзор приборов, позволяющих проводить измерения углов наклона опор контактной сети. Предложено новое устройство для контроля углов наклона опор.

В настоящее время для измерения угла наклона опоры контактной сети используют теодолит или прибор, разработанный дорожной электротехнической лабораторией Октябрьской железной дороги. Их недостатки.

Принцип работы разработанного автором прибора (рисунок 8) следующий. Для определения величины наклона оси опоры от вертикального положения, предварительно визуально определяется направление ее максимального наклона. Затем со стороны, противоположной направлению максимального наклона опоры, вертикально прикладывается строительный уровень непосредственно к опоре, включается видеокамера и записывается видеоизображение вертикального пузырькового уровня. Измерения проводятся по пять раз вдоль и поперек пути, после чего находятся средние значения.

Рисунок 8 - Внешний вид прибора УГК -1

После съемки полученные кадры изображения вертикального пузырькового уровня с помощью специальной авторской программы обрабатываются на компьютере (рисунок 9), вычисляется угол наклона опоры контактной сети и сохраняется результат.

Рисунок 9 - Диалоговое окно программы

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить точность измерений, уменьшает трудозатраты и время за счет подготовительных работ перед началом измерений. По результатам разработки была подана заявка на патент на изобретение в Федеральное государственное учреждение «Федеральный институт промышленной собственности, патентам и товарным знакам» № 2007125430/11 (027700). По данному ходатайству получено уведомление о положительном результате формальной экспертизы. Получено также уведомление о поступлении и регистрации заявки.

Для обработки полученных в ходе измерений данных был создан программный продукт «Определение угла наклона опор контактной сети по видеоизображению». Была подана заявка на регистрацию программного продукта в «Федеральном институте промышленной собственности, патентам и товарным знакам».

Разработанный прибор был испытан на практике. Была оценена погрешность его измерений. Учитывая, что угол наклона опоры измеряется в процентах от ее длины, относительная погрешность определения угла составила 0,2%. Предложен порядок поверки прибора перед началом работы.

В четвертой главе проведен расчет экономической эффективности мероприятий по регулировке проводов и опор контактной сети, дано технико-экономическое обоснование внедрения устройства, разработанного автором.

Экономическая эффективность повышения надежности технических средств характеризуется экономической эффективностью затрат на разработку и внедрение мероприятий по регулировке проводов и опор контактной сети, обеспечивающих ликвидацию или снижение случаев отказа технических средств.

Экономический эффект от проведения таких мероприятий выражается:

-в снижении текущих издержек,

-повышении качества обслуживания клиентов железных дорог,

-сокращении непроизводительных затрат, не включаемых в эксплуатационные расходы (убытки и разного рода штрафы).

На железнодорожном транспорте, как правило, повышение качества работы одного предприятия в полной мере отражается на результатах деятельности железной дороги в целом.

Снижение эксплуатационных расходов в результате внедрения мероприятий по повышению надежности функционирования контактной подвески и опор контактной сети определяется по отчетным данным.

Отказы технических средств, в том числе и устройств электроснабжения, можно разделить на две группы. К первой относятся отказы, приводящие к сбою графика движения поездов. Наибольшее влияние на ухудшение эксплуатационных и экономических показателей работы железных дорог оказывают отказы технических средств на перегоне, т.к. они вызывают перерыв в движении поездов (например, разрегулировка проводов может привести к обрыву контактного провода).

Ко второй группе относятся отказы, которые не приводят к нарушению графика движения поездов, но требуют проведения непланового ремонта технических средств, в результате чего увеличиваются расходы на их содержание (разрегулировка опор).

Повышение надежности технических средств уменьшает количество отказов и продолжительность их восстановления, сокращает простой поездов, локомотивов, оборудования и численность обслуживающего персонала, ускоряет оборот подвижного состава, увеличивает пропускную способность постоянных устройств транспорта.

В связи с этим уменьшаются эксплуатационные расходы, создаются условия для дополнительного объема перевозок и получения дополнительной прибыли.

Снижение эксплуатационных расходов при ликвидации или снижении количества отказов первой группы складывается из текущих издержек на восстановление работоспособности технических средств и расходов на неплановые задержки и простои (локомотивов, вагонов, оборудования).

Сумма расходов укрупненной нормы эксплуатационных расходов на одну остановку грузового поезда составляет 283,64 руб, а на один поездо-час простоя грузового поезда ? 1355,53 руб. Снижение эксплуатационных расходов, связанных с остановками и простоем поездов, составила 50314 руб. Снижение эксплуатационных расходов, связанных с восстановлением отказов из-за разрегулировки проводов контактной подвески, равно 9584 руб.Суммарное снижение эксплуатационных расходов - 59898,57 руб. Прирост прибыли получается - 62401,2 руб. Суммарный экономический эффект 122,3 тыс.р. Чтобы исключить отказы рассматриваемого типа, на дистанции следует провести мероприятия по повышению надежности стоимостью 2 млн. р. По показателю чистого дисконтированного дохода (ЧДД) определена целесообразность проведения этого мероприятия. Расчетный период составляет 5 лет. Экономический эффект за год от ликвидации 5 отказов из-за разрегулировок составил 611500 руб. Чистый дисконтированный доход за пять лет составит 320300 руб.

За расчетный период чистый дисконтируемый доход имеет положительное значение, следовательно, мероприятие по проведению регулировок проводов и опор контактной сети экономически целесообразен.

Для контроля установочных параметров опор контактной сети был предложен прибор УГК-1, разработанный автором.

Прибор состоит из трех составляющих:

? стандартный строительный уровень длиной 1 метр,

? электронно-вычислительная машина,

? видеозаписывающее устройство ( видеокамера).

В ценах 2008 года стоимость прибора составляет от 5000 до 15000 рублей, в зависимости от стоимости выбранного видеоустройства. Допустим, текущие затраты на приобретения одного прибора составят 10000 руб.

Стоимость строительно-монтажных работ составляет 5% от стоимости прибора (С_п), а стоимость пуско?наладочных работ - 3%.

Капиталовложения в мероприятие составят:

К_р = 10000+0,05*10000+0,03*10000=10800 руб.

Срок окупаемости прибора

, (7)

где t_з - экономия времени на замеры в год, с_t - стоимость нормо-часа электромонтера 4 разряда.

По результатам расчета, прибор УГК-1 окупится за семь месяцев.

Средний ущерб от отказов из-за последствий разрегулировок контактных проводов складывается из задержек поездов, трудозатрат и ущерба от возможного падения опоры. Как показали ранее проведенные исследования, в большинстве случаев можно пренебречь стоимостью материалов. В итоге средний ущерб составил 235358 руб.

Произведен расчет эксплуатационных расходов на содержание участка контактной сети.

Эксплуатационные расходы района контактной сети складываются из следующих элементов затрат: фонда оплаты труда; отчислений на социальные нужды; материальные затраты (в том числе расходы на электроэнергию, топливо, прочие материальные затраты); амортизационные отчисления; отчисления в ремонтный фонд; прочие расходы. В результате эксплуатационные расходы составили 2061929 руб.

Заключение

В диссертационной работе на основе построения и дальнейших расчетов математических моделей, а также инструментального контроля с применением теории вероятности и математической статистики предложено новое решение задачи по формированию управляющих воздействий контактной сети на основе учета процесса разрегулировок опор.

Проведенные исследования позволили сформулировать основные результаты работы и сделать следующие выводы:

1. Разработана математическая модель разрегулировок опор контактной сети в виде марковского процесса. Получены оценки переходных вероятностей. Доказана стационарность описываемого процесса с вероятностью 0,81.

2. По результатам статистического обследования опор контактной сети разработана стратегия их технического обслуживания. Это позволило увеличить нормируемые значения угла наклона: для опор, отклонившихся в «поле», - до 4%, вдоль пути - до 2% (значения приведены для опор участков Свердловской железной дороги).

3. Разработана математическая модель для расчета перемещений характерных сечений опоры, включая угол ее наклона, в зависимости от деформационных характеристик грунта при различных нормативных изгибающих моментах. Дополнена классификация типов грунтов для выбора способа закрепления опоры контактной сети. Для каждого типа грунта можно составить матрицы переходных вероятностей для разных типов опор, используя модель разрегулировок опоры контактной сети в виде марковского процесса. Проведен анализ основных факторов, влияющих на увеличение угла наклона опоры контактной сети.

4. Предложен принцип реализации и разработан прибор для контроля угла наклона опор контактной сети, который сокращает время, затрачиваемое на измерение (до 10 сек), и упрощает работу. Оформлена заявка на патент на изобретение (приоритет от 05.07.2007).

5. Разработанный прибор для контроля угла наклона опор контактной сети внедрен в опытную эксплуатацию в дорожную электротехническую лабораторию Свердловской железной дороги.

6. Разработан программный продукт для автоматической обработки измерений. Оформлена заявка о регистрации программного продукта (приоритет от 26.02.2008).

7. Определена экономическая эффективность мероприятий по регулировке контактной подвески и опор контактной сети. Экономический эффект составил 611500 руб. Рассчитан срок окупаемости прибора для контроля угла наклона опор контактной сети (7 мес.).

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах

1. Ковалев, А.А. Обслуживание опор контактной сети[Текст] / А.А. Ковалев, А.Г. Галкин // Транспорт Урала. - 2008. - №1. - С. 60? 64. - Издание «Транспорт Урала» входит в Перечень изданий, рекомендованных ВАК для публикации научных результатов диссертации.

2. Ковалев, А.А. Исследование влияния климатических факторов на стрелы провеса проводов контактной подвески [Текст] // Актуальные проблемы автомобильного, железнодорожного и трубопроводного транспорта в Уральском регионе: Материалы международной научно-технической конференции. - Пермь: Изд-во Пермского гос. техн. ун-та, 2005. - С. 295 ? 303.

3. Ковалев, А.А. Тестирование автоматизированного рабочего места проектировщика контактной сети [Текст] // Совершенствование схем устройств электроснабжения транспорта и проектирование их конструкций: сб. науч. тр./ Под ред. А.Г. Галкина - Екатеринбург: Изд-во Уральского гос. ун-та путей сообщения, 2006. - С. 139?145.

4. Ковалев, А.А. Анализ эксплуатационной надежности опор контактной сети [Текст] // Наука, инновации и образование: Актуальные проблемы развития транспортного комплекса России: Материалы международной научно-технической конференции. - Екатеринбург: Изд-во Уральского гос. ун-та путей сообщения, 2006. - С. 40?45.

5. Ковалев, А.А. Прогноз эксплуатационной надежности опор контактной сети [Текст] // Электрика. ? 2008. ? №1. - С.39.

6. Устройство для измерения угла наклона оси опоры контактной сети (варианты) [Текст]: Заявка на патент: МПК 7 В60М 1/20 / А.А Ковалев., А.Г.Галкин; заявитель Екатеринбург, Уральский гос. ун-т путей сообщения. ? №2007125430/11; заявл. 02.77.00; заявлено 26.06.07. - 4 с.: ил.

620034, Екатеринбург, ул. Колмогорова, 66, УрГУПС

Редакционно-издательский отдел

Бумага писчая № 1 Подписано в печать 07.05.2008 Усл.п.л.1,3

Тираж 100 Формат 60Ч90 1/16 Заказ 135

Размещено на Allbest.ru

...