Реферат по специальности “Железнодорожный путь”

на тему

Реферат на тему

“Системы автоматизированного управления предприятием в путевом хозяйстве”

Чухарев Михаил Иванович, окончил факультет “Строительство ж.д.” Московского Государственного Университета Путей Сообщения в 1998 году.

Современный транспорт является сложной экономической отраслью. Изменение ситуации на транспорте приводит к изменению экономического состояния целых регионов, почти также как изменение экономического состояния регионов приводит к изменению конъюнктуры рынка перевозок. В связи с этим необходимо осторожно подходить к изменениям в экономической и организационной политике на транспорте. В тоже время нельзя отставать от современных достижений науки и техники, снижающих себестоимость перевозок и повышающих комфорт и удобство клиентов пользующихся транспортом.

Немаловажное значение для любого производства имеет правильный менеджмент, умение управлять людьми, верная оценка выполняемой работы. В настоящее время в системе МПС РФ существует несколько достаточно надёжных систем управления. Однако попытаемся произвести анализ параметров системы управления путевым хозяйством. В связи с повышением производительности электронной техники и снижением цен на компьютеры автоматические системы становятся реальностью. В системе МПС в настоящее время используется система “АСУ - Путь”, но эта разработка создана в основном для материалов требующих строго учёта и формирования на основе имеющихся инструкций, отчётных данных в вышестоящие организации. Абстрагировавшись от имеющихся инструкций, попытаемся запроектировать оптимальную (“идеальную”) структуру системы управления путевым хозяйством.

1. Учёт материалов

Первая главная задача системы управления - это учёт материалов имеющихся на предприятии пути. Материалы могут находиться как на складе, так и лежать в пути. Автоматизированный учёт материалов на складе реализован различными коммерческими и бюджетными организациями на самых разных уровнях, поэтому не будем его рассматривать. Учет материалов лежащих в пути (по моим сведениям) реализован только в двух продуктах - “АСУ-Путь”, и программный продукт реализованный на базе Горьковской железной дороги. В этих продуктах учёт реализован только частично (детально только рельсов).

Предприятия пути несут ответственность, как за состояние пути, так и за состояние дорожных сооружений и прилегающей территории [3]. Поэтому в идеальной системе мы должны иметь информацию по следующим пунктам:

1. Рельсы, стрелочные переводы, разъезды или другие устройства пути, контактирующие с колёсами подвижного состава.
2. Рельсовые скрепления (накладки с болтами, сварка и др.).
3. Шпалы со скреплениями или другое подрельсовое основание.
4. Балласт.
5. Земляное полотно.
6. Основание.
7. Ситуация.
8. Условия работы.

При таком учёте нужно решить детальность учёта. Поскольку на железной дороге оптимальной является привязка к километражу, то необходимо введение абсолютной привязки по расстоянию. Детализация более чем каждого составного элемента шпалы нецелесообразна. Поэтому оптимальной детализацией будет 0,5 метровая, т.е. мы должны иметь точные сведения по каждому 0,5 метровому участку пути.

При проектировании такой детальной базы состоящей практически только из цифр более рационально пользоваться релятивными базами данных, но в перспективе возможно использование объектных систем [5]. Однако, не в даваясь в частности реализации, заметим возможность разделения информации на отдельные базы данных связанных по абсолютной длине.

При практическом использовании такой базы возможны трудности с регистрацией такой точной информации на местах, особенно со шпалами. Абсолютная нумерация всех шпал не представляется возможной (и главное рациональной) в приложении к практическому использованию - поиску и регистрации на месте состояния конкретной шпалы. Это можно обойти, добавив в базу шпал параметр номера шпалы от ближайшего стыка и количества до следующего стыка. Нумерация стыков и рельсов в путевом хозяйстве реализована уже давно [4]. Введя единую нумерацию элементов скреплений для всех шпал, мы сможем вести учёт до костыля.

2. Надёжность пути и уложенные в путь материалы.

Показатели надёжности пути можно разделить на три большие группы:

1. Состояние основания
2. Состояние земляного полотна
3. Состояние элементов верхнего строения пути

Выделим два первых вопроса в отдельный раздел, так как он требует особого подхода - анализа геофизической структуры основания и земляного полотна, устойчивости и многих других. Несомненно, что все эти вопросы должны решаться в рамках системы управления предприятием путевого хозяйства, но рассмотрим их в отдельной работе в связи с необходимостью высокой точности. Поэтому будем рассматривать только надёжность верхнего строения пути.

Надёжность верхнего строения пути определяется способностью работать безотказно. Надёжность верхнего строения пути можно также разделить на составные части:

1. Надёжность рельсов.
2. Надёжность пути по просадкам и перекосам.
3. Надёжность рельсов по раскантовке и уширению колеи.

Надёжность рельсов зависит в основном от следующих параметров:

1. Качество проката
1. Условия работы
1. Пропущенный тоннаж
1. Допустимая скорость

Надёжность рельсов будет определяться функцией со следующими переменными

РЛ{[(ТР;НС;№О)ПТ;ГС]СО;КУ} (1)

Расшифровка приведена на схеме 1.

ТР - тип рельса

НС - наличие стыков

№О - коэф. качества отливки

ПТ - пропущенный тоннаж

ГС - горизонтальные силы

СО - состояние основания

Схема 1.

Надёжность пути по просадкам и перекосам зависит от

1. Состояния шпал
1. Загрязнённости балласта
1. Типа шпал
1. Типа рельсов
1. Типа балласта
1. Наличия стыков

Или функционально будет выглядеть как:

см схему 2.

НП -надёжность по просадкам

ТБ - тип балласта

ТШ - тип шпалы

СШ - состояние шпалы

ЗБ - загрязнённость балласта

Схема 2.

Надёжность рельсов по раскантовке и уширению колеи зависит от :

1. Состояния шпал
1. Состояния скреплений
1. Наличия стыков
1. Типа шпал
1. Типа рельсов
1. Типа скреплений

Или функционально:

НУР{[СШ;СС(ТШ;ТР;ТБ;НС]} (3)

См схему 3

Уширение и раскантовка

НУР - надёжность по уширению

СС - состояние скреплений

ЗБ - загрязнённость балласта

ТС - тип скреплений.

Схема 3.

На основе приведённых схем и экспериментальных данных возможно составление чёткой математической модели характеризующей надёжности пути по состоянию находящихся в пути материалов.

3. Физическое воздействие на путь внешних условий при прогнозировании надёжности.

Выделим основные параметры внешнего физического воздействия на путь:

1. Температура
2. Жидкие осадки
3. Растительность
4. Снег
5. Экология
6. Засорения из вне
7. Засорение подвижным составом
8. Воздействие на путь подвижного состава
9. Временное старение

Эти параметры несомненно влияют на изменение показателей надёжности пути, т.е. на:

1. Состояние основания
2. Состояние земляного полотна
3. Состояние элементов ВСП

Поскольку параметры физического воздействия на путь прогнозируемы (более или менее), то правильно подобранная зависимость надёжности пути от этих показателей позволяет прогнозировать изменения состояния пути.

Однако в связи со сложными системами взаимодействия подобная задача очень сложна. Поэтому для получения приемлемого решения разложим комплексную задачу на несколько задач.

Взаимодействие основания и земляного полотна при правильно выполненных земляных работах не приводит к появлению дополнительных неисправностей пути. Усталостные разрушения одинаково поражают грунт основания и земляного полотна при однородности грунта основания и насыпи. Взаимодействие земляного полотна и верхнего строения пути (в основном верхней площадки земляного полотна с балластом) напротив очень сложно и требует очень детальных исследований. При длительном времени эксплуатации линии нижняя часть балластного слоя продавливается в земляное полотно, становясь постепенно частью земляного полотна. Это приводит к изменению физико-механических свойств верхней части грунта земляного полотна. Применение современных технологий использующих нетканые материалы типа геотекстиля позволяют разделить земляное полотно и балластную подушку, но не позволяют восстановить свойства верхней части земляного полотна, изменённые многочисленными подъёмками пути и применением различных типов балласта.

Предположим, что у нас на всём протяжении пути свойства земляного полотна и основания различаются на пренебрежительно малые величины. Как работает верхнее строение пути, какие причины вызывают быстрое расстройство пути при равных условиях.

Отбросим воздействие экологии - доля неблагоприятных участков пока достаточно мала и воздействие на каждом из них требует индивидуального подхода.

Засорение пути вне зоны работы предприятий и вне прохождения линии через большие города можно также считать одинаковым.

Засорение пути подвижным составом на участке обычно одинаково, и кажется можно ввести коэффициент позволяющий рассчитывать это по времени после очистки балласта. Но это возможно только для одинаковых типов балласта, поскольку при одинаковом количестве загрязнителей попадающих в балласт песок и гравий по-разному изменяют свой свойства.

В связи с этим следует разделить части верхнего строения пути, на которые внешние воздействия являются первичными. Так, внешнее загрязнение не вызывает воздействие на рельсы, т.е. одинаково не влияет на количество дефектов как тяжёлых типов рельсов так и лёгких. Но выплески и отряснения, появляющиеся в результате загрязнения балласта, увеличивают нагрузки на рельс, что приводит к необходимости дополнительного усиления пути.

На рельс имеют воздействие наименьшее количество внешних параметров. Это в первую очередь нагрузка на ось, величина вертикального и бокового износа, скорость на участке, температура рельса, пропущенный тоннаж, наличие стыков, упругость подрельсового основания и расстояния между опорами (шпалами).

Большинство неисправностей пути вызвано неправильной работой рельсов. Возможны следующие неисправности:

1. Излом рельса:
2. Изменение положения рельса (пути) в плане (угол, выброс)
3. Изменение положения рельса в профиле (вертикальный угол, выброс, перекос, просадка и т.д.)
4. Уширение колеи
5. Раскантовка рельса

Причины возникновения неисправностей:

1. Брак при прокате рельса
2. Превышение допустимых норм пропущенного тоннажа
3. Превышение горизонтальных сил
4. Неисправность подрельсового основания
5. Превышение допустимых температур
6. Разрушение из-за превышения допустимой нагрузки на рельс

Разрушение из-за превышения допустимой нагрузки на рельс может произойти и в случае неисправного подрельсового основания (появления кустов провисших шпал). Однако встречаются и случаи с перегрузкой вагонов. Превышение допустимых температур только в зонах с особо суровым климатом или при использовании нестандартных сплавов могут вызывать в рельсе нарушения, такие как хладноломкость. Обычно большие температуры чреваты только увеличением горизонтальных сил. На наиболее распространённые случаи приходится на первые четыре причины.

Наиболее опасной причиной является брак при прокате рельса. Все заводы при покупке предоставляют гарантии на рельсы, а также сообщают номер плавки, характеристики стали и т.д. Имеется огромное количество литературы специально посвященной методам определения скрытого брака в рельсах [11]. Но кроме специальных методов наиболее простой и действенный - это определение дефектов характеризующих именно эту партию рельсов. В случае регистрации всех дефектов присущих определённому номеру плавки мы можем судить о конкретных свойствах металла при конкретных условиях.

В следствии превышения допустимых норм пропуска поездов возможно усталостное разрушение рельса, повышение бокового и вертикального износа. Год укладки и пропущенный тоннаж уже давно является критерием безопасности уложенных рельсов и регистрируется в отчётных документах предприятий пути МПС.

Превышение предельно допустимых горизонтальных сил приводит к горизонтальному сдвигу (угону) рельса (с возможным нарушением изоляции в стыке), вертикальному или горизонтальному выбросу пути.

Недостаточная ширина колей в кривой, недостаточное возвышение рельса могут вызвать раскантовку рельса при прочих исправных элементах пути.

Большая часть неисправностей пути вызывается неисправным подрельсовым основанием. Какие могут быть неисправности подрельсового основания?

1. Просадки
2. Перекосы
3. Раскантовка рельса
4. Уширение колеи
5. Углы в плане
6. Углы в профиле

Причины возникновения неисправностей:

1. Плохое качество шпалы
2. Гниение шпалы из-за плохих условий работы
3. Превышение допустимого износа скреплений
4. Разрушение шпалы из-за превышения допустимой нагрузки

Подрельсовое основание также необходимо разделить на составные части. При этом необходимо разделить два типа пути, работа которых сильно различается.

Рассмотрим работу основания с деревянными шпалами. Основание с деревянными шпалами состоит из собственно шпалы, подкладки, скрепления (костыли или КД) и балластный слой.

Перекосы и просадки, углы в профиле вызываются негодностью к работе деревянных шпал или плохим балластом.

Раскантовка рельса при использовании подкладок типа КД маловероятна, при использовании обычных подкладок раскантовка возникает: при напрессовке льда под подкладку, при разработанных отверстиях в шпалах или изношенных костылях, при отрыве головки костылей.

Угол в плане, уширение колеи происходит при разработанных отверстиях в шпалах и подкладках, изношенных костылях или шурупах (для КД).

При использовании железобетонных шпал и скрепления КБ редко встречается раскантовка рельса.

Перекосы и просадки, углы в профиле при использовании железобетонных шпал вызываются практически только плохим балластом (отряснение шпал, выплески).

Угол в плане, уширение колеи происходит при разработанных отверстиях в шпалах и подкладках, изношенных закладных болтах и клеммах и недостаточной степени их затяжки.

На железобетонные шпалы мало влияют температурные воздействия, атмосферные осадки, растительность, снег, экология и засорение.

Воздействия на путь подвижного состава и конструкция пути при использовании железобетонных шпал имеют повышенные значения. Износ железобетонных шпал в кривых и стыках происходит значительно интенсивнее, чем на прямых участках бесстыкового пути и часто даже превышает износ пути на деревянных шпалах на таком же участке из-за более высокой жёсткости бесстыкового пути. В общем случае для пути с железобетонными шпалами важно хорошее (чистота, дренирующие способности и равноупругость) состояние балласта в критических местах стыков, и удовлетворительное (равноупругость) на остальном протяжении.

Деревянные шпалы при плохих дренирующих свойствах грунта сокращают срок службы в 2-5 раз. Основное воздействие на путь с деревянными шпалами оказывают осадки и внешние загрязнители.

В меньшей степени на подрельсовое основание с деревянными шпалами оказывают температурные воздействия.

На балластный слой вне зависимости от составляющих оказывают влияния только засорители, воздействие поездной нагрузки, конструкция пути, и осадки.

Таким образом мы по аналогии с формулами (1 - 3) можем составить функциональную зависимость состояния надёжности пути от времени. Несмотря на большую сложность составления подобной математической модели это реальная задача стоящая перед современной системой автоматизации управления предприятием.

4. Экономическая эффективность внедрения систем управления предприятием на путевом хозяйстве.

Внедрение систем автоматизированного управления предприятием требует оснащение предприятий путевого хозяйство новейшей компьютерной техникой и обучение сотрудников программному обеспечению. В связи сэтим необходимо произвести предварительные расчёты затрат по внедрению подобных систем на местах

Основной проблемой будем считать большой объём информации которую необходимо хранить. Произведём приблизительные подсчёты исходя из объёма информации на один метр пути [5].

1. Скорости поездов - 2 байта.
2. Грузонапряжённость - 2 байта.
3. Пропущенный тоннаж - 1 байт.
4. Расстояние до ближайших стыков - 5 байт.
5. Состояние балласта - 1 байт.
6. Расстояние между шпалами - 1 байт.
7. База данных по рельсам и стрелочным переводам - до 10 байт.
8. База данных по шпалам и скреплениям - до 40 байт.
9. База данных по земляному полотну - 5 байт.
10. База данных по основанию - 5 байт.
11. База данных по ситуации - 5 байт.
12. База данных по внешним условиям - 5 байт.

Сумма - 82 байта.

Добавив 15% на резидентные программы мы получим значение 100байтов на погонный метр пути.

При развёрнутой длине путей на каждые 100 км получим значение в 10 Гб. В настоящее время это объём информации персонального домашнего компьютера стоимостью в районе 1000$. Более дорогим представляется процесс обучения новому программному обеспечению, но этот процесс также экономически эффективен по причине кризиса на рынке труда и появлению большого количества специалистов ищущих работу.

Список литературы.

1. Технология, механизация и автоматизация путевых работ. Под редакцией Э.В.Воробьева, К.Н.Дьякова. Транспорт 96.
2. Путь и путевое хозяйство 1995-1997 гг.
3. Справочник инженера - путейца в 2 т. Под ред. В.В.Басилова, М.А. Чернышева М.: Транспорт., 1972 г.
4. Инструкция по составлению и ведению рельсовой книги Формы ПО-2. МПС СССР. 1963 г.
5. Описание структур баз данных СОД(http://www-cc.mpei.ac.ru/pds/DB-Descr/DBDescr.htm)
6. Приказ №12/Ц 1994 г. О переходе на новую систему ведения путевого хозяйства на основе повышения технического уровня и внедрения ресурсосберегающих технологий;
7. В.А.Рейхарт, Т.П.Дудкина Почему ломаются рельсы. Путь и Путевое Хозяйство №8 1996 г.
8. В.М. Еремеев Эффективность бесстыкового пути Путь и ПХ №5 1998 г.
9. Ангелейко В.И. и др. “Эффективность капитального ремонта в большие “окна””.
10. Шахунянц Г.М. Земляное полотно железных дорог. Трансжелдориздат. 1953 г.
11. “Дефектоскопия” №12 Список публикаций.
12. Приказ №27/Ц 1987 г. Об организации на железных дорогах машинизированного содержания пути.
13. Вериго М.Ф., Коган А.Я. Взаимодействие пути и подвижного состава М.: Транспорт.,1986 г.
14. Шахунянц Г.М. Железнодорожный путь М.: Транспорт., 1969 г.
15. Золотарский А.Ф., Евдокимов Б.А., Н.М. Исаев Железобетонные шпалы для рельсового пути.
16. Путь и путевое хозяйство промышленных железных дорог. Под ред. В.Ф. Яковлева.М.: Транспорт.,1990 г.
17. Вериго М.Ф. Расчёты пути, их прошлое настоящее и будущее. Путь и Путевое Хозяйство №8 1997 г.
18. Першин С.П. Деформационный расчёт пути Путь и Путевое Хозяйство №10 1996 г.
19. Чикин В.Н. Текущее содержание на машинные комплексы Путь и Путевое Хозяйство №5 1997 г.
20. Гашенко Ю.В. Стабилизация пути после глубокой очистки балласта. Путь и Путевое Хозяйство №10 1997г.
21. Гончаров Б.И. Какой быть системе управления Путь и Путевое Хозяйство №12 1997 г.
22. Публикации в конференциях relcom.railways, fido7.news.