Цикл статей:
Глава 1 – Анализ и оценка состояния вопроса по обеспечению безопасности перевозок на промышленных железных дорогах
Введение
Промышленный транспорт является неотъемлемой частью единой транспортной системы страны. Промышленный транспорт представлен комплексом технических средств, обеспечивающих транспортирование грузов промышленных предприятий, производство погрузочно-разгрузочных работ и непосредственную связь с другими предприятиями и транспортом общего пользования.
Промышленные железные дороги являются важным звеном производственных процессов предприятий ведущих отраслей промышленности [45], [80].
Технологические особенности промышленных железных дорог, заключающихся в возможности использования различных видов энергии, небольшом удельном сопротивлении движению подвижного состава, освоение больших грузооборотов, работе в различных климатических условиях, высокой надежности, значительных сроков службы технических средств, низкой себестоимости перевозок и др., обеспечили их широкое внедрение во многих отраслях промышленности и строительства. Важным обстоятельством является то, что при выходе промышленных грузопотоков на сеть железных дорог общего пользования не требуется перегрузки грузов.
Кроме того, промышленный транспорт является доминирующим звеном конкретных производств и предприятий. Его сбои приводят к большим материальным потерям основного производства, техногенным происшествиям и чрезвычайным ситуациям; во-вторых, он значительно влияет на экономические показатели выпускаемой продукции, так как транспортная составляющая на предприятиях достигает 30-50% и более в себестоимости продукции [45].
Поэтому, только бесперебойная и взаимоувязанная работа промышленного транспорта и транспорта общего пользования может обеспечить успешное выполнение транспортных связей между производством товара и его перемещением.
Период формирования системы новых экономических отношений характеризовался значительным спадом промышленного производства, что привело к резкому – более чем в 2 раза уменьшению платежеспособного спроса на перевозки и услуги. Фактически прекратились инвестиции в транспортный комплекс и обновление технических средств. После длительного экономического спада, начиная с 1998 г., наступил период заметного оживления и стабильного роста производства и востребованности транспортных услуг.
Протяженность промышленных железных дорог, обслуживающих основные отрасли производства составляет 53,3 тыс. км.
К основным эксплуатационным особенностям относятся следующие:
- повышенные осевые и погонные нагрузки, доходящие до 500-600 КН на ось и до 300-380 КН/пог.м.;
- малые диаметры колес, повышенная жесткость рессорных комплектов, двух-, трех- и четырехосные тележки и балансирные системы их соединения, локомотивы большой мощности, повышенного сцепного веса и др.;
- большое различие массы, длины, габаритов, температур перевозимых грузов, различное их агрегатное состояние и гранулометрический состав;
- высокая степень загрязненности, химический выброс в районах доменных, коксохимических цехов и других местах. В условиях повышенной влажности это приводит к интенсивной коррозии металла рельсового пути, особенно резьбовых соединений, стыковых и промежуточных скреплений, деталей стрелочных переводов;
- на технологических путях предприятий имеются участки с высокой температурой перевозимых грузов, наблюдаются выплески расплавленного металла, падение на путь слитков, больших кусков породы и другие явления;
- специфические режимы движения транспортных средств, особенно в пределах заводских площадок, связанные с частыми разгонами и торможениями в условиях пониженного сцепления колес с рельсами.
Стесненные условия развития путевой схемы вызывают ряд особенностей
трассы линии: в частности имеется большое количество кривых малых радиусов,
величина которых в некоторых случаях достигает 50м и менее. На
металлургических заводах кривые радиусов 80-300м составляют около 30%, а на
заводах дореволюционной постройки 50-60%. На металлургических горнорудных
предприятиях много больших уклонов (до 25 °/00 на заводах и до 40-60 °/00 на
открытых горных разработках). На таких участках наблюдаются значительные
продольные силы угона, повышенный абразивный износ рельсов, расстройства
рельсошпальной решетки, что требует проведения специальных конструктивных
мероприятий, обеспечивающих стабильность пути.
Большой удельный вес в составе железнодорожных путей имеют
стрелочные переводы. На 1км пути на заводах приходится до 4-8 стрелочных
переводов.
Указанные особенности условий эксплуатации путей промышленных
предприятий приводят к быстрому расстройству рельсовой колеи, повышенному
износу головки рельсов и ходовой части подвижного состава, а нередко к сходам
подвижных единиц.
Устранение неисправности пути, частая перешивка, замена сравнительно
быстро выходящих из строя рельсов и шпал, а так же устранение последствий
сходов подвижного состава обходятся крайне дорого и вызывают дополнительные
расходы остродефицитной рабочей силы.
Анализ публикаций в научной прессе, а также выступления специалистов
транспортной отрасли приводит к выводу, что начало XXI в. может быть
критическим в плане возрастания числа аварий в стране [7].
Такое утверждение связанно с тем, что заканчивается ресурс ряда
потенциально опасных объектов, эксплуатация которых началась 20-30 лет назад.
Регламент их эксплуатации был ориентирован на плановые замены оборудования в
течении срока службы, безусловное выполнение плановых предупредительных
ремонтов и т. п. Процессы перестройки экономики негативно сказались на
условиях финансирования эксплуатации таких объектов. Это привело к тому, что средний износ многих инженерных коммуникаций и основных фондов сегодня
составляет 60% и более, а это та критическая точка, после которой число аварий
начинает возрастать в непредсказуемой последовательности.
В современных экономических условиях возникает задача поиска и
разработки организационно – технических решений, обеспечивающих контроль и
снижение количества нарушений путевой безопасности.
Один из наиболее перспективных и экономически эффективных вариантов
решения указанной задачи – создание системы управления технической
безопасностью пути (далее по тексту: «путевая безопасность») промышленных
железных дорог.
Анализ и оценка состояния вопроса по обеспечению безопасности
перевозок на промышленных железных дорогах
Особенности работы промышленных железных дорог
Обеспечение безопасности перевозок на промышленном транспорте- важная экономическая и социальная проблема, требующая значительных затрат на ее решение. По объему перевозок промышленный железнодорожный транспорт более чем в 3 раза превосходит магистральный железнодорожный транспорт. В сфере промышленного транспорта формируется большая часть магистральных грузопотоков.
На промышленном транспорте имеют место условия, весьма неблагоприятно влияющие на состояние безопасности перевозок.
- Более значительные объемы и большая сложность условий перевозок грузов по сравнению с магистральным транспортом. Так, например, путевое хозяйство промышленного железнодорожного транспорта характеризуется высокими статическими нагрузками от колесных пар на рельс, наличием кривых малых радиусов (80 м и менее), уклонов до 4О-6Оо/00, большого количества стрелочных переводов (до 4-8 на 1км) и др.
- В течение 15 последних лет финансирование промышленного транспорта осуществлялось по остаточному принципу, что сдерживало развитие НИОКР, транспортного машиностроения и объемов поставок современных технических средств на промышленный транспорт. В связи с этим парк технических средств для промышленного транспорта в настоящие время морально и физически устарел и не отвечает современным требованиям по безопасному функционированию. Основные промышленные тепловозы – ТГМ, ТЭМ были разработаны еще в 60 годах, более трети тепловозного парка эксплуатируются за пределами сроков службы, установленных заводами – изготовителями.
- Отсутствие единой системы контроля и управления путевой безопасностью.
- Отсутствие, в течение ряда последних лет, государственного регулирования деятельности промышленного железнодорожного транспорта.
- Изменение социально — экономической системы в стране, которое, наряду с переходом большей части предприятий из государственной в другие формы собственности, привело к ухудшению состояния производственной дисциплины, ослаблению контроля за надлежащей эксплуатацией и обслуживанием технических средств транспорта.
Эти неблагоприятные факторы привели к значительному увеличению числа аварий и аварийных ситуаций, в особенности, при перевозках опасных грузов. По данным Госгортехнадзора России за период с 1992 по 1997 год допущено более 80 аварий при перевозках опасных грузов железнодорожным транспортом. Из-за нарушений правил технической эксплуатации при роспуске вагонов с горок в черте крупных населенных пунктов в окружающую среду попало около 9500т. нефтепродуктов, более 2250 т. кислот, более 1750 т. различных ядовитых химических веществ.
Несмотря на снижение объемов перевозок грузов на промышленном транспорте более чем в 2 раза, количество аварий и аварийных ситуаций осталось на уровне 1980 года, а на многих мелких предприятиях, где перечисленные недостатки ощущаются особо остро, возросло [94].
Технический уровень путевого хозяйства промышленного железнодорожного транспорта более низок, чем на железных дорогах общего пользования России и зачастую на многих предприятиях не соответствует техническим требованиям, предъявляемым к его содержанию.
Структура рельсового хозяйства характеризуется преобладанием рельсов Р50. Шпальное хозяйство представлено в основном деревянными шпалами (89%) [43].
Используемые на промышленных железных дорогах железобетонные шпалы не удовлетворяют требованиям эксплуатации, так как не обеспечивают работу пути в кривых малого радиуса, а также ограничены в применении по диапазону осевых нагрузок до 250 кН.
Стрелочная продукция для путей промышленного железнодорожного транспорта поставляется в объеме не превышающем 40% потребности [43], в связи с чем в эксплуатации находится большое количество дефектных стрелочных переводов.
На содержании и ремонте промышленных железных дорог широкой колеи занято около 150 тыс. рабочих.
Наиболее трудоемкие работы – подъемка, выправка пути, замена элементов верхнего строения пути выполняются вручную.
Мерам по обеспечению государственного регулирования безопасности перевозок на промышленном транспорте было посвящено заседание коллегии Минтранса России от 17 ноября 1999 года. Коллегией определены мероприятия, направленные на повышение безопасности перевозок на промышленном транспорте, которые нашли отражение в «Программе мероприятий по повышению безопасности перевозок на промышленном транспорте на 2000-2003 годы».
Главной целью Программы является обеспечение охраны жизни и здоровья работников промышленного транспорта и обслуживаемых народно-хозяйственных объектов, а также охраны окружающей среды. Система мероприятий Программы, направленных на повышение безопасности перевозок на промышленном транспорте предусматривает решение проблем безопасности в специфических условиях промышленного транспорта.
Необходимость такого подхода обуславливается тем, что в течение многих лет ряд важных вопросов функционирования промышленного транспорта, в том числе в области безопасности перевозок, не находит должного решения.
Мероприятия, предусмотренные Программой, позволяют после их реализации ликвидировать недостатки в части обеспечения государственного регулирования безопасности перевозок на промышленном транспорте. Однако обеспечение устойчивой безопасной работы промышленного транспорта, снижение аварийности возможно только при системном подходе к решению всех вопросов безопасности перевозок непосредственно на предприятиях.
Анализ нарушений безопасности перевозок на промышленном железнодорожном транспорте
Начиная с 1992 года в результате реорганизации системы управления экономикой и ликвидации большинства министерств осуществлявших ведомственное руководство промышленным транспортом и фактически до 1998 г. государственное регулирование на промышленном транспорте не осуществлялось. За эти годы не было выпущено ни одного нормативно – технического документа, регламентирующего функционирование промышленного транспорта, в том числе по вопросам безопасности. Недостаточно эффективно осуществляется контроль и надзор на промышленном транспорте, который находясь в промышленных и жилых зонах населенных пунктов, является объектом повышенной опасности для людей и окружающей среды.
В 1997 году на промышленном железнодорожном транспорте произошло более трех тысяч случаев схода подвижного состава с рельсов, что отмечено в письме № АН – 5/19 от 03.01.1999 г. первого заместителя Министра транспорта РФ Насонова А.П.
Анализ происшествий показывает, что более 40% аварийных случаев произошло в связи с неудовлетворительным состоянием пути, и в первую очередь — стрелочных переводов. В 16% случаев причина в неудовлетворительном состоянии подвижного состава и сверхнормативном износе колесных пар. Около 44% сходов вызвано нарушениями технологической и производственной дисциплины.
Анализ перерывов в движении поездов и маневровых составов на предприятиях промышленного транспорта показывает, что основными причинами их являются сходы вагонов и локомотивов, взрезы стрелок, столкновения. Однако основными нарушениями безопасности перевозок являются сходы подвижного состава, которые составляют 73% от всех случаев нарушений.
Причины сходов делятся на три основные группы и обуславливаются: конструкцией и техническим состоянием железнодорожного пути (группа Л), конструкцией и техническим состоянием подвижного состава (группа Б), нарушением ПТЭ, должностных, технологических и других инструкций (группа В) [1], [37].
Для примера приведем данные по наиболее транспортноемкой отрасли металлургической промышленности.
Сходы подвижного состава на металлургических комбинатах распределяются по группам следующим образом: к группе А отнесено 40,1% всех сходов, к группе Б 16,3%, к группе В 43,6%. Наибольшее количество сходов (до 75%) в группе А произошло из-за уширения пути, остальные произошли из-за перекосов и просадок пути, износа рельсов и остряков, неисправностей стрелочных переводов. В группе Б основными причинами сходов являлись износ и подрез гребня колеса (до 40%), заклинивание тележки (до 15%), изломы колесных пар [1].
Наибольшее количество сходов в группе В произошло из-за попадания посторонних предметов под колеса подвижного состава и заливки пути жидким металлом и шлаком (до 41%). Часто происходят сходы из-за наезда подвижного состава на тупиковый упор, односторонней загрузки, проезда запрещающего сигнала светофора, нарушение габарита подвижного состава, при разгрузке на бункерах и отвалах. В целом по всем трем группам наибольшее количество сходов происходит на стрелочных переводах -59%, на перегонах – 27%, на технологических путях – 9%.[1]
Аналогичная картина наблюдается на горно-обогатительных комбинатах (ГОКах). Наибольшее количество сходов происходит по причинам, зависящим от конструкции и технического состояния пути (группа А), особенно из-за отклонений пути по уровню [37].
Для ГОКов характерно большее количество сходов на временных путях (до 74%), хотя их протяженность составляет лишь одну треть от общей длины железнодорожных путей [37], [48].
Наиболее распространенными причинами сходов группы Б являются заклинивание тележки, износ и подрез гребней колес, излом колесной пары, падение триангеля на путь, причинами сходов группы В – односторонняя загрузка (до 40%),нарушение габарита подвижного состава (до 20%) и габарита приближения строений (до 15%), неправильное приготовление маршрута и проезд запрещающего сигнала (17%).[1], [37].
Многие неисправности железнодорожного пути и ходовых частей подвижного состава приводят к неудовлетворительному вписыванию экипажей в кривые участки. Это, в первую очередь, уширения пути, наличие углов в плане (особенно в стыках), боковой износ рельсов, невписывание тележек. Наибольшее количество сходов из-за неудовлетворительного вписывания экипажей в кривые участки пути происходит на временных путях – от 85 до 95%, при этом на карьерные пути приходится 70-80% [37].
В процессе эксплуатации железнодорожный путь и подвижной состав подвергаются износу, происходит накопление деформаций и на элементах появляются разного рода неисправности и дефекты. Для поддержания пути и подвижного состава в исправном состоянии, обеспечивающем безопасность перевозок, проводятся работы по ремонтам и текущему содержанию. В ряде случаев несвоевременное или некачественное устранение неисправностей и отступлений приводят к нарушениям безопасности перевозок, которые наносят значительный материальный ущерб и не позволяют своевременно производить железнодорожные перевозки. Во всех транспортноемких отраслях на железнодорожном транспорте установлена структура и периодичность ремонтов пути и подвижного состава, а также нормы затрат материалов. Так, например, по путевому хозяйству цикл ремонтов включает: капитальный, средний и подъемочные ремонты, текущее содержание пути. Кроме этого могут производиться сплошная смена рельсов, смена стрелочных переводов и другие работы.
Кроме плановых ремонтов в обязательном порядке устраняются неисправности, угрожающие безопасности перевозок.
Основными причинами, вызывающими нарушение путевой безопасности, приводящим к сходу транспортных средств с рельсов, являются:
- несоответствие мощности верхнего строения пути эксплуатационным условиям;
- неисправности пути и стрелочных переводов, непосредственно угрожающие безопасности перевозок;
- потеря поперечной или продольной устойчивости пути;
- деформация земляного полотна;
- отсутствие системного подхода к решению вопросов обеспечения путевой безопасности.
Анализ исследований и оценка состояния в сфере обеспечения путевой безопасности на железных дорогах общего пользования свидетельствует о том, что существуют места, где вероятность возникновения опасных ситуаций существенно выше, чем в среднем по сети, что отражено в докладе Богданова В.М. [32].
На основании этой оценки можно сделать вывод, что необходима разработка системы технико – экономического обоснования устранения отдельных расстройств пути и назначения ремонта в зависимости от технического состояния пути.
Металлургическая промышленность является наиболее транспортоемкой, так как на 1 тонну готовой продукции осуществляется до 12 тонн грузоперевозок.
Непосредственное участие железнодорожного транспорта в металлургическом производстве, вызывает необходимость использования самых разнообразных типов подвижного состава и создает наибольший спектр эксплуатационных условий по сравнению с другими отраслями промышленности.
Например: статические нагрузки от осей на рельсы достигают 660 кН, разные величины жестких баз транспортных средств, минимальный радиус колес – 650 мм, скорости движения подвижного состава не велики и находятся в пределах 5-40 км/час, наименьшие радиусы кривых достигают 50 м.
Кроме этого на техническое состояние путей предприятий металлургии большое влияние оказывают технологические причины препятствующие своевременному устранению отступлений [93].
Сочетание перечисленных условий явилось основанием для выбора базового предприятия: одного из старейших металлургических комбинатов – Кузметкомбинат, на котором и проводились основные исследования.
Анализ нарушений безопасности перевозок на Кузнецком металлургическом комбинате
Кузнецкий металлургический комбинат (в дальнейшем КМК) является одним из крупнейших отечественных предприятий с полным металлургическим циклом, имеющим в своем составе ряд рудников, обогатительно- агломерационное производство, коксохимическое производство, доменный, сталеплавильные цехи и прокатное производство. *
Железнодорожный транспорт играет определяющую роль в обеспечении производственного процесса на комбинате, так как он осуществляет технологическую связь между складами сырья, металлургическими переделами и агрегатами. Поэтому работа комбината в целом в значительной мере зависит от бесперебойной, ритмичной и надежной работы железнодорожного транспорта.
Схема железнодорожных путей является сложной и развитой. Около 30% из них приходится на пути, используемые для технологических перевозок специальным подвижным составом (осевые нагрузки до 45 тонн).
Одним из факторов, осложняющих эксплуатацию технических средств транспорта, является перегрузка путевой схемы.
В середине 70-х годов производство стали превысило проектную мощность (1.45 млн.т. в год) в 3-4 раза, а объем грузоперевозок в 1976 г. превысил в 3,7 раза проектный объем (14166570 т) [93].
Железнодорожный транспорт на ОАО «КМК» является основным, так как на его долю приходится более 90% всех внутризаводских грузоперевозок.
Строительная длина железнодорожных путей в настоящие время составляет 234 км. Стесненные условия развития путевой схемы вызывают ряд особенностей путевого хозяйства, в частности наличие большого количества кривых малого радиуса. Кривые радиусов 80-300 м составляют около 30% от общей протяженности. Большой удельный вес в составе путевого хозяйства имеют стрелочные переводы, количество которых составляет 1064 комплекта.
Сложные схемы горловин, отсутствие в ряде случаев соединительных путей между станциями, въезды в здания производственных цехов в стесненных условиях и т. п. В сочетании со стрелочными переводами и глухими пересечениями крутых марок и коротких прямых вставок создают условия затрудненного вписывания транспортных средств.
Расследование и учет нарушений на КМК производился в соответствии с нормативной документацией Министерства Черной Металлургии (с 01.09.96.Г. в соответствии с Указанием Комитета Российской Федерации по металлургии от 05.12.95. №135 Ц).. В целях совершенствования порядка расследования нарушений, произошедших при движении поездов и маневровой работе применялась «Инструкция о порядке расследования и учета нарушений безопасности движения в поездной и маневровой работе на железнодорожном транспорте предприятий металлургии».
Анализ перерывов в движении поездов и производстве маневровой работы показал, что основными подразделениями по вине которых произошли сбои в непрерывности движения в последнее время являются: УЖДТ и производственные цеха, связанные с работой транспорта (табл. №1)
№ п/п | —Годы Подразделения | 1995 | 1996 | 1997 | 1998 | 1999 | 2000 |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
1 | УЖДТ | 61 | 65 | 59 | 51 | 45 | 47 |
2 | Производственные цеха | 37 | 33 | 39 | 47 | 54.5 | 52.8 |
3 | Контрагенты | 2 | 2 | 2 | 2 | 0.5 | 0.2 |
4 | Всего | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
Наибольший удельный вес (90%) от всех нарушений составляют – «сходы » транспортных средств с рельс, которые по классификации относятся к бракам в работе.
Статистика и распределение по причинам нарушений безопасности перевозок в зависимости от группы представлены в табл. 2.
№ п/п | Год Причины | 1995 | 1996 | 1997 | 1998 | 1999 | 2000 |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
1 | Группа А | 19 | 19 | 16 | 14 | 14 | 12 |
2 | Группа Б | 13 | 14 | 14 | 23 | 17 | 16 |
3 | Группа В | 68 | 67 | 70 | 63 | 69 | 72 |
Итого | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
Анализ состояния путевой безопасности на КМК показал, что за последние 20 лет доля нарушений путевой безопасности снизилась с 30% до 12% из общего количества нарушений.
В связи со значительной интенсификацией транспортного процесса на комбинате со всей остротой встала проблема приведения путевого хозяйства в соответствие с производственными требованиями. Параллельно проводилась большая целенаправленная работа, включающая решение вопросов усиления конструкций пути и стрелочных переводов, изменения путевой схемы для снижения грузонапряженности на отдельных участках, широкой механизации и машинизации капитального ремонта пути и совершенствования структуры подразделений путевого хозяйства, социальных и кадровых вопросов.
На рис. 3 представлена динамика браков по параметрам пути.
Анализ браков по параметрам пути КМК с 1982г. по 2000г. показал, что к основным неисправностям относятся:
- неисправность стрелочного перевода – 30%
- отклонение по ширине рельсовой колеи – 31 %
- отклонение по уровню рельсовой колеи – 18%
- прочие (износ рельсов, угол в плане стыка, ослабление стыковых болтов, увеличение зазора в стыке, ослабление промежуточного скрепления) – 21%
При анализе среднего количества браков из-за неисправности стрелочных переводов по типам верхнего строения пути выявлено, что основными причинами являются:
- перегрузка путевой схемы (до 70% браков происходит на технологических участках обращения специального подвижного состава);
- несоответствие профиля поверхности катания колесных пар специального подвижного состава профилю рельса;
> – неполный объем выполнения ремонтов в соответствии со схемой ремонтов;
- применение мягких пород древесины и без предварительной пропитки в качестве подрельсового основания (шпалы, переводной брус).
При выполнении данной работы анализ аварийных ситуаций, сходов подвижного состава начат с 1979 года по причине того, что в этом году выявлен катастрофический уровень аварийности по параметрам пути и достигнут наибольший объем перевозок в середине 70-х годов.
Основными причинами сложившегося положения к этому времени являлись:
- несоответствие конструкций пути условиям эксплуатации железнодорожного транспорта металлургических заводов;
- неравнопрочная конструкция верхнего строения пути;
- высокая трудоемкость содержания существующих конструкций верхнего строения пути (рис.4);
- превышение проектного объема грузоперевозок в 3,7 раза к середине семидесятых годов на основных технологических участках (рис. 5);
- отсутствие ремонтной базы и ремонта колесных пар специального подвижного состава;
- отсутствие ливневой канализации на территории железнодорожных станций;
- значительное сокращение объемов смены деревянных переводных брусьев и шпал (с 1960 года в 2 раза уменьшилось количество сменяемых переводных брусьев и на 25% деревянных шпал);
- несоответствие конструкций промежуточного скрепления железобетонных шпал условиям эксплуатации;
- значительное сокращение монтеров пути к 1960 году (практически в два раза по сравнению с 1950 годом) без адекватного перехода на прогрессивные технологии (Рис. 6).
Рис. 6 Динамика численности монтеров пути текущего содержания и объемов грузоперевозок
Состояние вопроса и задачи исследования
Первые исследования в области промышленного железнодорожного транспорта проведены в 30-е годы.
Одними из первых явились работы П.Д. Беляева [20], д.т.н. М. В. Березовского, к.т.н. И.П. Граве [19], А.М. Дробышевского, д.т.н. A.A. Каменского, проф. И.И. Костина [21], к.т.н. М. В. Цепляева,
Авторы в этих работах особое внимание уделили расчетам вписывания различных подвижных единиц в кривых малого радиуса, а также нормам устройства и содержания пути в кривых малого радиуса. Процесс вписывания транспортных средств в кривые участки пути рассматривался в основном с точки зрения геометрии рельсовой колеи, а основой всех расчетов вписывания подвижного состава в кривые, по существу, служил расчет зазора между колесом и рельсами.
В работах В.А. Морозова [22], Н.М. Трегубенкова с помощью упрощенного способа определения воздействия на путь установлены основные геометрические параметры кривых малого радиуса на путях промышленного транспорта. Основой этих экспериментальных исследований явился метод высокочастотной киносъемки, который позволил выявить основные закономерности, происходящие в процессе вписывания экипажа в кривые участки пути. Рассматривая воздействие реборды бандажа на боковую поверхность головки рельса в условиях периодического ударного контакта, направляющее усилие определено с учетом динамической составляющей.
Обоснованию выбора конструкции верхнего строения пути и наименьшего радиуса кривых промышленных железнодорожных путей посвящены исследования д.т.н. В.Г.Альбрехта, инж. В.Н.Петровой [23,24] и д.т.н. А.И.Смирнова. В их работах даны рекомендации по усилению кривых участков пути стяжками, упорками и контррельсами.
Исследованию в области бокового взаимодействия пути и подвижного состава уделено большое внимание учеными Ленинградского института инженеров железнодорожного транспорта д.т.н. Е.П.Дудкиным, д.т.н. Н.С.Никеровым, к.т.н. И.И.Семеновым [25-28], д.т.н. М.П.Смирновым, д.т.н. Н.А.Шашковым и д.т.н. В.Ф.Яковлевым. В их работах приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований по горизонтальной поперечной динамике, взаимодействия пути и подвижного состава, представлены результаты исследований напряженно-деформированного состояния элементов пути в кривых участках, изложены соображения по усилению пути при обращении подвижного состава с нагрузками от оси на рельсы до 600 кН [55].
Для повышения стабильности рельсовой колеи и уменьшения упругих поперечных перемещений рельсов д.т.н. Н.С.Никеровым и к.т.н. Л.Н.Фроловым
предложена установка специальных упорок, что позволяет значительно снизить уширения колеи в кривых участках пути на 20-60% [29].
Определенное внимание в исследованиях ученых ЛИИЖТа [30] уделено взаимодействию подвижного состава и стрелочных переводов. Особое значение придается определению горизонтальных поперечных сил при движении по боковому пути стрелочных переводов. Проводится анализ зависимости износа элементов стрелочного перевода от направляющих усилий, угла набегания колес на рельс, статической нагрузки от оси на рельсы, скорости движения подвижного состава и других эксплуатационных факторов. На основании этих исследований предложены рекомендации по совершенствованию конструкций и обоснованию параметров стрелочных переводов.
Исследованиям бокового взаимодействия пути и подвижного состава с повышенными нагрузками от осей на рельсы уделяется большое внимание Днепропетровским институтом железнодорожного транспорта (ДИИТ) и Днепродзержинским индустриальным институтом (ДИИ). В работах д.т.н. К.Д.Белых, д.т.н. Ю.Д.Волошко, к.т.н. Н.С.Леванкова, к.т.н. В.С.Липовского, к.т.н. А.В.Стадниченко, д.т.н. М.А.Фришмана, к.т.н. В.В.Цыганенко к.т.н. М.И.Уманова и др. рассмотрены различные особенности взаимодействия пути и подвижного состава, исследован вопрос влияния продольных сил в поезде на изменение бокового воздействия на путь [31-34], [70], [74].
Исследованиям взаимодействия пути и подвижного состава на предприятиях открытых горных разработок посвящены работы к.т.н. А.Н.Перцева, к.т.н. А.В.Романовского и к.т.н. В.С.Севастьянова [35-37].
В.С.Севастьяновым проведена оценка безопасности движения поездов на путях открытых горных разработок, определены основные причины сходов. Им проведены теоретические и экспериментальные исследования влияния на боковые силы схемы ходовых частей, статической нагрузки от колес, скорости и режима движения подвижного состава, продольного уклона пути, параметров жесткости рельсовых нитей. На основе результатов исследований произведены обоснования и экспериментальная проверка различных способов усиления пути в кривых малых радиусов и даны основные направления совершенствования ходовых частей подвижного состава [37].
Исследованиям взаимодействия пути и подвижного состава большое внимание в последние годы уделялось в Промтрансниипроекте. В Ленинградском отделении института в 1978 году закончена работа но исследованию работы верхнего строения пути в кривых малого радиуса [38]. В работе теоретическими и экспериментальными методами исследовано напряженно-деформированное состояние элементов верхнего строения пути, произведена оценка критериев безопасности движения в кривых участках пути характерных типов подвижного состава промышленного железнодорожного транспорта. По результатам проведенных исследований разработаны практические рекомендации по расчету пути на прочность в кривых радиуса менее 150 м.
Как показал анализ исследований в области взаимодействия пути и подвижного состава промышленного железнодорожного транспорта, большинство из них проводится только для отдельных типов подвижного состава и, естественно, разработанные рекомендации относятся именно к этим подвижным единицам. Поэтому вследствие большого количества различных подвижных единиц на промышленном железнодорожном транспорте боковое воздействие на путь многих из них исследовано недостаточно. Мало проведено исследований по оптимизации норм устройства и содержания участков пути промышленных предприятий, хотя на магистральном железнодорожном транспорте это направление исследований является одним из основных в общей комплексной проблеме улучшения взаимодействия пути и подвижного состава.
Поэтому исследование бокового воздействия на путь в кривых участках пути промышленных предприятий необходимо проводить для различных типов подвижного состава с учетом специфических особенностей промышленного транспорта, теоретических и экспериментальных исследований.
Вопросам исследования пути, взаимодействия пути и подвижного состава посвящены работы д.т.н. Андреевой, д.т.н. Е.П. Дудкина, к.т.н. Б.А. Евдокимова [1], [2], [61], [71], [84].
Исследования по обоснованию норм устройства рельсовой колеи проводились к.т.н. М.Ю. Козловским [51], [61].
К.т.н. B.C. Севастьяновым проведена оценка безопасности движения поездов на путях открытых горных разработок [37].
В работе Е. П. Дудкина, В. Ф. Яковлева [1] рассмотрены вопросы состояния безопасности перевозок на промышленных железных дорогах, проанализированы причины сходов подвижного состава, неисправности и дефекты элементов железнодорожного пути и подвижного состава. Большое внимание уделено техническому состоянию пути и его влиянию на безопасность перевозок. Определены основные условия обеспечения безопасности перевозок – прочность, стабильность, устойчивость пути и экипажей.
Обеспечение безопасности перевозок на промышленном транспорте – важная экономическая и социальная проблема, требующая значительных затрат на ее решение.
С целью уменьшения нарушений путевой безопасности промышленного железнодорожного транспорта и негативных последствий процессов, лежащих в основе этих нарушений и учетом вышеизложенного, задачи настоящего исследования заключаются в разработке методической основы организационно – технических решений по повышению путевой безопасности промышленных железных дорог.
На промышленных железных дорогах возникли следующие проблемы:
- В связи с развитием рыночных отношений промышленные железные дороги практически стали частными или частью частной собственности.
- Предпринимательскую деятельность, в нашей стране, приходится осуществлять в условиях неопределенности ситуации и изменчивости экономической среды, а следовательно вырастает опасность непредвиденных потерь и решения транспортных проблем по остаточному принципу.
- Несмотря на то, что на промышленных железных дорогах существуют и работают системы обеспечения путевой безопасности, действуют разного уровня органы государственного надзора за состоянием путевой безопасности, имеется определенная законодательная база по вопросам обеспечения путевой безопасности, аварийность на промышленных железных дорогах не снижается [94].
- Увеличение затрат на повышение уровня путевой безопасности требует экономического обоснования. В уменьшении ущерба от нарушений путевой безопасности проявляется качество путевой безопасности как рыночной категории.
Перечисленные проблемы характеризуются, в настоящее время, как системная ситуация, которая требует системного подхода к проблемам в сфере обеспечения путевой безопасности.
Для коренного исправления такого положения необходим переход от экстенсивного развития сферы обеспечения путевой безопасности (т.е. к стремлению наполнять эту сферу все большим числом надзорных и контролирующих структур, к использованию субъективных оценок для описания состояния путевой безопасности) к интенсивному. Нужна системная научно – инженерная методология, на основе которой определяются общие связи между параметрами и факторами путевой безопасности на промышленных железных дорогах. На достижение этой цели и должен быть направлен указанный период интенсивного развития.
Исходный концептуальный пункт теории безопасности гласит: нет и не может быть абсолютной безопасности, т.е. опасность никогда не равна нулю, а безопасность никогда не равна единице.
Любая опасность всегда реализуется в последовательность двух событий: возникновение опасных ситуаций, свершение опасного события.
Определение системы основано на выделении системы из ее окружения по какому-то системообразующему признаку, в качестве которого чаще выступает цель системы.
Целью системы управления путевой безопасностью, исходя из вышесказанного, является не полное исключение опасности, а обеспечение технически достижимого, экономически и социально обоснованного допустимого риска при перевозке грузов на промышленных железных дорогах.
С системным подходом связана и проблема оценки результатов.
Простое увеличение материальных и человеческих ресурсов на обеспечение путевой безопасности без количественной оценки их общей результативности – стратегически неэффективно.
Поэтому экономическое обоснование мероприятий по снижению аварийности и снижению ущерба от последствий нарушений путевой безопасности, является актуальной научной проблемой.
Для упорядочивания работы по вопросам путевой безопасности необходимо создание системы управления технической безопасностью пути промышленных железных дорог.
Функционирование системы управления путевой безопасностью невозможно без количественной оценки факторов и явлений в сфере путевой безопасности.
Поэтому проведение детального анализа аварийности по параметрам пути, выработка алгоритма оценки уровня аварийности, разработка методов количественной оценки уровня путевой безопасности и его прогнозирования позволит изменить ситуацию в сфере путевой безопасности и разрабатывать экономически обоснованные мероприятия по снижению аварийности и ущерба от последствий нарушений путевой безопасности.
Решение этой научной проблемы является весьма актуальной задачей для промышленного железнодорожного транспорта, так как позволит повысить уровень путевой безопасности и снизить ущерб от ее нарушений.
Выводы
- Анализ безопасности перевозок на промышленных железных дорогах показал, что:
- несмотря на снижение объемов перевозок грузов (в 90-х годах по сравнению с предыдущим периодом) более чем в 2 раза, количество аварий и аварийных ситуаций осталось на уровне 1980 г., а на некоторых предприятиях даже возросло;
- основную причину сходов подвижного состава на различных промышленных предприятиях обуславливает конструкция и техническое состояние пути (40-80%).
- В условиях переходного периода к рыночной экономике на промышленных железных дорогах возникли проблемы, характеризующиеся как системная ситуация и которая требует системного подхода к проблемам в сфере обеспечения технической безопасности пути.
- Создание системы управления технической безопасностью пути подразумевает под собой разработку методических основ экономического обоснования мероприятий по снижению аварийности на основе количественной оценки факторов и явлений в сфере путевой безопасности, что и является основной задачей диссертационных исследований.
Список литературы
- Безопасность движения на промышленных железных дорогах: Учебное пособие/В.Ф. Яковлев, Е.П. Дудкин, ЛИИЖТ, 1989.
- Путь и путевое хозяйство промышленных железных дорог/ В.Ф. Яковлев, Б.А. Евдокимов, В.Е. Паранукян, А.Н. Перцев, под ред. В.Ф. Яковлева/. 1990.
- СНиП 2.05.07.-91. Промышленный транспорт./ Госстрой СССР.- М.: АПП ЦИТП, 1992.
- Руководство по ремонту и содержанию железнодорожного пути предприятий черной металлургии.-М.,1989.
- Лисенков В.М. Статистическая теория безопасности движения поездов: Учебник для вузов.- М.: ВИНИТИ РАН, 1999.
- Методические указания по проведению анализа риска опасных производственных объектов. РД 03-418-01 (Утв. Госгортехнадзором России 10.07.01.)
- Безопасность жизнедеятельности. Учебник: А.В. Забегаев — М.: Издательство АСВ, 2001.
- Гусаров В.М. Статистика: Учеб. Пособие для вузов.- М.,ЮНИТИ – Дана,2001.
- Гмурман В.Е. Руководство к решению задач по теории вероятностей и математической статистике: Учеб. Пособие для студентов вузов.-М.; Высш. Шк.,2000.
- Шахунянц Г.М. Рельсы. Земляное полотно. Эффективность усиления пути// Труды МИИТа, – вып. 326, – 1970, – 132 с.
- Шишков А.Д. Народнохозяйственная эффективность повышения надежности технических средств железнодорожного транспорта.-М.; Транспорт, 1986.
- Гасанов А.И. Как сэкономить основной ресурс// Труды научно – практической конференции. – М., VI – 6.
- О.С. Ипатов, С.А. Лосев, B.JI. Рыбников, И.Н. Чернышов. Система прогнозирования аварийных ситуаций на предприятиях, эксплуатирующих грузоподъемные машины., Безопастность труда в промышленности №10.2000г.
- Венецкий И.Г. Математические методы в демографии. – М.: Статистика, 1971.
- A.M. Галкин, A.B. Галкин. Способ обнаружения, измерения аварийной, травмоопасной обстановки. Безопасность труда в промышленности №10, 2000г.
- Исследование работы верхнего строения железнодорожных путей в кривых радиуса менее 150м: Отчет/ Промтрансниипроект (Ленинградское отделение)/: руководитель работы Ю.П. Кондратьев. Инв №5654-74. – Л., 1978. -157с.
- Гордеев Б.А. Рельсовые пути тяжелых транспортных устройств. – М., Транспорт. – 1981 – 159 с.
- Федеральный закон от 21.06.1997г. №116-83 «О промышленной безопасности опасных производственных объектов.»
- Каменский A.A., Граве И.П., Березовский М.В. Курс промышленных железных дорог. – М.- Л.: Стройиздат, 1937
- Цепляев М.В., Дробышевский A.M., Беляев П.Д. Вписывание подвижного состава в кривые малого радиуса на промтранспорте.- Л.: Госстройиздат, 1934