Оценка живучести боковых рам с критическим дефектом

[Admin]

Оценка живучести боковых рам с критическим дефектом

Т.В. Иванова, канд. техн. наук, заведующая кафедрой, Д.Г. Налабордин, ассистент кафедры, Забайкальский институт инженеров железнодорожного транспорта

Для обеспечения безопасности движения и повышения эксплуатационной надежности подвижного состава необходимо не просто устранять причины нарушений, но и создавать эффективную систему их предупреждения. Подобный подход необходим для создания эффективных управленческих инструментов и механизмов, которые позволят своевременно принимать меры по выявлению возможных рисков и воздействовать на них до наступления отказа.

В период с 2006 г. по настоящее время на сети дорог произошло более 70 случаев изломов боковых рам тележек, в том числе тележек модели 18-578, повлекших за собой сходы с рельсов подвижного состава, и эта цифра продолжает расти. Главной причиной подобных случаев стали несовершенство технологии изготовления деталей и, как следствие, их низкое качество, в результате чего возникла серьезная угроза безопасности движения поездов.

Рассмотрим основные понятия, связанные с безопасностью движения поездов. которые определены нормативно-технической документацией, а также приведем ряд уточнений, касающихся эксплуатационной безопасности грузовых вагонов.

В соответствии с ГОСТ Р 22.2.08-96 под безопасностью по параметрам движения поезда понимается свойство технического средства железнодорожной транспортной системы не иметь опасных отказов за расчетное время. В свою очередь, под опасным по параметрам движения поезда отказом технического средства подразумевается отказ, в результате воздействия которого движение поезда переходит в опасное состояние.

Под опасным отказом вагона следует понимать его переход в аварийное состояние. Переход вагонных конструкций в такое состояние происходит из-за их недостаточной прочности, низкого качества, несвоевременности ремонта и т.д. Часть из подобных причин являются объективными. Так, пока не существует технических средств контроля процесса накопления усталостных повреждений в материале конструкции, следовательно, не существует и фиксации предпредельного состояния.

К тому же вагонные конструкции имеют существенный недостаток — ограниченную контролепригодность некоторых ответственных несущих узлов в условиях эксплуатации относительно повреждений, имеющих внешние признаки. Для грузовых вагонов упомянутый недостаток особенно опасен из-за обезличенной формы их эксплуатации.

Вследствие перечисленных причин, брака в работе осмотрщиков и определенной живучести конструкции вполне реальна ситуация, когда вагон какое-то время находится в так называемом скрытом аварийном состоянии, но используется в перевозочном процессе как исправный. Пребывание вагона в скрытом аварийном состоянии может завершиться либо постановкой его в плановый ремонт и последующим выявлением дефекта, либо отцепкой в текущий ремонт после обнаружения опасного повреждения, либо сходом с рельсов, аварией и др.

Как правило, при разработке модели эксплуатационной безопасности вагона выделяют три основных этапа получения показателя риска аварии:

► получение данных о наработках грузовых вагонов в скрытом аварийном состоянии в условиях их нормальной эксплуатации;

► обоснование функции, с помощью которой следует аппроксимировать полученные наработки вагонов соответствующему закону распределения;

► получение точечных оценок параметров функции распределения.

Рассмотрим модель живучести боковой рамы грузового вагона, эксплуатирующейся с критическим дефектом, а именно, трещиной (или литейным дефектом), ставшей причиной ее излома в составе поезда. В соответствии с ГОСТ 15467-86 под критическим понимается дефект, при наличии которого использование продукции недопустимо.

Напомним, что живучесть — свойство объекта сохранять (а иногда и частично восстанавливать) способность к выполнению наиболее существенных функций, возможно с понижением качества при ненормируемых неблагоприятных нагрузках. Это свойство нередко реализуется после отказа некоторых элементов конструкции. Размерность живучести — время, в течение которого конструкция (объект) после ее отказа или после начала действия ненормируемых нагрузок продолжает выполнять свои функции, полностью не разрушаясь.

Для рассматриваемой модели, согласно ГОСТ 27.002-89, план наблюдений за объектами соответствует плану испытаний на надежность, по которому одновременно испытывают ряд объектов. Отказавшие во время испытания объекты не восстанавливают и не заменяют, а испытания прекращают, когда число отказавших объектов достигает критической величины.

В рассматриваемом примере в процессе формирования массива эмпирических данных учитывались случаи изломов боковых рам, которые произошли из-за дефекта, заложенного по вине завода-изготовителя. Наработка и фактический срок службы дефектной боковой рамы до момента разрушения исчислялись с начала эксплуатации вагона. Регистрировались только те случаи, когда были достоверно известны рассматриваемые случайные величины. Были проанализированы все случаи изломов боковых рам, произошедшие с 2006 по 2010 гг. включительно.

В результате проведенного статистического исследования получен закон распределения риска транспортного происшествия для случаев, когда вагон эксплуатируется с боковой рамой, у которой имеется критический дефект. Случайные величины — фактический срок службы и наработка боковой рамы до излома — подчиняются закону гамма-распределения. Гистограммы распределения фактического срока службы и наработок боковых рам на момент излома представлены на рис. 1 и 2.

Известно, что статистическая оценка — измеримая функция от выборочного вектора или статистика, служащая приближением для исходного неизвестного значения оцениваемого параметра. Значениями статистической оценки служат или точки пространства оцениваемого параметра (точечная оценка), или его множества (интервальная оценка).

В нашем случае установлено, что математическое ожидание (выборочное среднее значение) по наработке дефектной боковой рамы до момента разрушения составляет 236,62 тыс. км, по сроку службы — 2.4 года, средние квадратические отклонения случайных величин равны 89 тыс. км и 0,73 года соответственно.

Результаты исследования могут быть использованы в качестве методики для прогнозирования технического состояния элементов конструкции грузовых вагонов, определения периодичности их технического обслуживания в объеме ТО-3, а также разработки практических мероприятий для повышения эксплуатационной надежности и безопасности подвижного состава.