773

СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

В Е С Т Н И К

СИБИРСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Выпуск 17

НОВОСИБИРСК 2007

УДК658.588:625.1 ББК 38.2

В387

Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. —

Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 2007. — Вып. 17. — 262 с. ISSN1815-9265

Периодический научно-технический сборник, посвященный 75-летнему юбилею СГУПСа, отражает последние достижения ученых и преподавателей СГУПСа в фундаментальных и прикладных науках, а также в практической деятельности транспорта. Выпуск посвящен проблемам содержания инженерных сооружений (мосты, земляное полотно, тоннели и т. п.) на железных, городских и автомобильных дорогах, при этом особое внимание уделено разработке и внедрению автоматизированных информацион- но-аналитических систем по управлению техническим состоянием таких сооружений.

Р е д а к ц и о н н а я к о л л е г и я :

В.Д. Верескун (председатель), С.А. Бокарев (гл. редактор),

А.Д. Абрамов (зам. гл. редактора), М.Х. Ахметзянов (зам. гл. редактора), П.В. Грес (отв. секретарь), А.М. Островский, А.Л. Исаков, А.Р. Гербер, Л.Н. Степанова, Н.Д. Артеменок, А.П. Дементьев, В.А. Каргин, Б.Н. Смоляницкий, А.М. Караулов, В.И. Медведев, В.И. Хабаров, В.С. Воробьев

О т в е т с т в е нны й з а в ы пу с к д-р техн. наук, проф. С.А. Бокарев

Печатается по решению редакционно-издательского совета СГУПСа.

ISSN 1815-9265

Авторы статей, 2007

Сибирский государственный университет путей сообщения, 2007

Вестник СГУПСа. Выпуск 17

4

В.Д. Верескун

Верескун ВладимирДмитриевич— кандидаттехнических наук,

доцент,ректорСГУПСа.ОкончилРИИЖТв1979г.поспециальности «Тепловозыитепловозноехозяйство»,ав2003г.поспециальности «Экономикаиуправлениенапредприятии(транспорт)».Имеетболее 80 научных публикаций. Научным направлениемявляются основы виртуальногоуправлениясистемами,геоинформационныетехнологииуправлениясиспользованиемспутниковойнавигации.

УДК 65.012.12:656.2

В.Д. ВЕРЕСКУН

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ МОДЕЛИРУЕМЫХ ПРОЦЕССОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО КОМПЛЕКСА

Рассмотрены основные виды железнодорожных комплексов, обеспечивающих реализацию бизнес-процессов на железнодорожном транспорте при безусловном обеспечении надежной и безопасной работы.

Транспортные системы относятся к категории сложных объектов. Их специфика обусловлена:

—невозможностью и нецелесообразностью использования единой модели исследования различных аспектов транспортных систем (ТС);

—необходимостью совместного учета всех факторов, относящихся к различным подсистемам;

—необходимостью выявления целенаправленности поведения отдельных составляющих для интерпретации всей транспортной системы.

В системных исследованиях ключевое положение занимают системный подход, различные варианты теории систем и методология системного анализа (СА).

Большинство авторов по системным исследованиям исходят из постулата об использовании в качестве научного инструмента СА модели или набора моделей изучаемой системы, позволяющих достичь наиболее полного изучения свойств объекта исследования. С этих позиций актуальным представляется моделирование технических компонентов железнодорожного комплекса, бизнес-задач организации перевозочного процесса и обеспечения надежности и безопасности работы.

Железнодорожный транспортный комплекс включает путевой комплекс, технические комплексы электрической и тепловозной тяги, обслуживания и ремонта вагонов, автоматики, телемеханики и связи, электроснабжения и др.

Путевой комплекс обеспечивает капитальный, средний и текущий ремонты железнодорожного пути, его содержание в исправном, работоспособном состоянии с высоким уровнем надежности эксплуатационной работы. Он располагает системой машин и механизмов для подъемки и укладки железнодорожного пути (путеукладчики), очистки балласта (балластеры), смены стрелочных переводов, системой машин различного типа для очистки пути от снега, механизированной установки опор контактной сети и т.д.

Локомотивный комплекс предназначен для технического обеспечения эксплуатации электровозов и тепловозов, их работоспособности, выполнения плановых и других видов ремонта, экипировки и подготовки локомотивов в рейс, полного и своевременного обеспечения локомотивами заданных размеров движе-

5

Вестник СГУПСа. Выпуск 17

ния поездов и маневровой работы. Сеть железных дорог располагает основными и оборотными депо, пунктами технического обслуживания (ПТО), экипировки локомотивов, пунктами смены локомотивных бригад и домами отдыха, специализированными мастерскими, локомотивным парком. Наиболее крупные виды ремонта и восстановления работоспособности локомотивов осуществляются на ремонтных заводах МПС.

Наиболее важными эксплуатационными характеристиками локомотивов являются сила тяги, скорость движения продолжительного и расчетного режимов, которые служат исходными данными для установления массы поездов и времени хода поездов при разработке графиков движения.

Вагонный комплекс состоит из вагонных депо, в которых выполняется ремонт различных типов грузовых и пассажирских вагонов, пунктов подготовки вагонов под погрузку, ПТО вагонов на станциях. На некоторых дорогах создаются объединения вагонных депо, позволяющие специализировать депо по видам ремонта и применять эффективные индустриальные технологии.

Очевидно, что в отрасли экономически выгодно создать такие виртуальные организационные структуры, которые позволили бы обеспечить высоконадежную, безопасную, достаточно резервированную железнодорожную транспортную систему.

К числу бизнес-задач, решаемых такими структурами ж.-д. комплекса, относится обеспечение:

—комплексного развития всех отраслей железнодорожного транспорта на базе достижений научно-технического прогресса и экономической реформы, своевременной реализации транспортно-экономических связей в соответствии с заказами, договорами на перевозки грузов и пассажиров;

—нормативного уровня надежности технических транспортных средств и перевозочного процесса, безопасности движения поездов и технологических процессов, сохранности перевозимых грузов и пассажиров.

Реализация такого механизма деятельности всех подразделений транспорта обусловила бы прямую заинтересованность в перевозке грузов и пассажиров в соответствии со спросом по объему и качеству исполнения, т. е. обеспечила бы гарантийные сроки доставки грузов, их полную сохранность, свободный выбор условий и времени поездок, регулярность и высокий уровень комфорта для пассажиров.

Важна практическая реализация прогрессивных принципов собственно в перевозочном процессе и системе управления эксплуатационной работой:

—разработка научно обоснованных технологических процессов сортировочных, участковых, грузовых, пассажирских и других типов станций, депо, ПТО, железнодорожных узлов, направлений сиспользованиемметодовимитационного компьютерного моделирования, теорий систем вероятностей, надежности, массового обслуживания, множеств и других экономико-математических методов с глубоким экономическим обоснованием вариантов. При этом должны обеспечиваться ускорение продвижения вагоно-, поездопотоков, минимальные значения простоев в ожидании выполнения последующих операций, которые возникают при взаимодействии обслуживающих устройств и систем друг с другом («стан- ция—станция»,«станция—депо»,«станция—участок»,подсистемы внутристанции и т.д.);

6

В.Д. Верескун

—дифференциация технологии перевозочного процесса и графика движения поездов исходя из экономической целесообразности с учетом характеристик грузов (радиоактивные, опасные, скоропортящиеся, крупногабаритные и т.п.).

При этом график движения поездов должен обеспечивать:

—регулярность пропуска поездопотоков;

—разные скорости продвижения поездов (скоростные и пассажирские, ускоренные и обычные грузовые поезда);

—непосредственное взаимодействие с производством — технологические маршруты установленного расписания, подвод передаточных поездов в заранее обусловленный договором период суток и т.п.

Принцип дифференциации технологии перевозочного процесса, исходя из удовлетворения требований производящих и потребляющих отраслей, является особенно актуальным, и он может реализовываться на взаимовыгодной экономической основе при соблюдении следующих условий:

—параллельности и поточности выполнения операций, минимума возвратных и повторно выполняемых передвижений, процессов, работ;

—системного (комплексного) подходак разработкетехнологии перевозочного процесса и развитию пропускной и провозной способностей на основе рассмотрения, анализа и расчета конкурентоспособных вариантов и обеспечения наибольшей прибыли;

—равномерности и ритмичности выполнения технологических процессов, когда интенсивность обработки, формирования, отправления, пропуска поездов, подач (уборок) вагонов на грузовые фронты, работа депо, ПТО регламентированы графиком движения поездов, графиком оборота локомотивов, бригад, контактными комплексными графиками взаимодействия с транспортом промышленных предприятий, договорами на выполнение перевозок и других работ. Отклонения от нормативных технологий рассматриваются как отказы, сбои, нарушения ритмичности и сопряжены с экономическими санкциями, убытками;

—оптимальной организации вагонопотоков между пунктами зарождения и погашения грузопотоков, их маршрутизации, регламентируемой сетевым и внутридорожным планами формирования поездов. Отклонения от нормативного плана формирования поездов воспринимаются как сбои в технологии и также сопряжены с экономическими потерями;

—прогнозирования и планирования объемов работы подразделений (месячное, квартальное, годовое), оперативной работы станций, отделений, дорог, сети на основе достоверного информационного обеспечения, в том числе центров диспетчерского управления, адекватных поездных, повагонных, локомотивных моделей, автоматически воспроизводимых на специальных средствах отображения информации и в памяти ЭВМ, со специальных датчиков и других средств съема информации;

—работы железнодорожного транспорта и его подразделений на основе прямыхдоговоров,высокопроизводительногоиспользованиятехническихсредств, подвижного состава, экономии ресурсов с обеспечением установленных нормативов прибыли и накоплений для формирования фондов развития производства при заданной надежности.

Надежность является сложным понятием, включающим в себя и безотказность работы системы, иееработоспособность. Чем сложнее система,тембольшее число факторов влияет на ее эксплуатационную надежность. На надежность таких транспортных систем, как станция, узел, линия, влияет надежность

7

Вестник СГУПСа. Выпуск 17

технических элементов (систем), к которым относятся путь, устройства автоматики, подвижной состав, число и длина путей, пропускная способность. Если в качестве системы рассматривать станцию, грузовой двор, узел, железнодорожный участок, под ее состоянием следует понимать степень заполнения поездами, вагонами, контейнерами, грузами,а предельноесостояниесоответствуетпереполнению (насыщению) системы, когда возникают отказы — задержки транспортного потока на входах. При этом чисто техническое состояние может быть идеальным, полностью работоспособным.

В работе станций, узлов, участков и направлений часто возникают сбои — самоустраняющиеся отказы,приводящие к временнойутратеработоспособности. Это остановкитранспортного потока перед станциями, вызванныенедостаточной производительностью работы по обработке, расформированию и формированию поездов, несвоевременным их вывозом со станций, остановки потока перед стыковыми пунктами отделений и дорог по различным организационно-техноло- гическим причинам. Последствия сбоев весьма серьезны, так как вызывают задержки большого числа поездов.

Эксплуатационные отказы возникают вследствие нарушений установленных правил эксплуатации (ПТЭ, инструкций, приказов МПС, начальников и отделений дорог), технологических процессов или вследствие влияния непредусмотренных внешних воздействий (незапланированное увеличениетранспортного потока на входе системы, внешнее нарушение регулировочной дисциплины при поступлении порожних вагонов, воздействие погоды и др.).

Всякая задержка поезда, готового к отправлению на участок, приема его на станцию или задержка пропуска, не предусмотренная графиком движения или технологией работы станции, воспринимается как отказ в работе станции, участка. Задержки поездов, вагонов могут происходить также по коммерческим причинам в связи с нарушением правил погрузки, выгрузки, оформления документов, плана формирования поездов, недостоверной информацией, разъединением вагонов и документов и т.п.

По природе возникновения все эксплуатационные отказы можно разделить на отказы технических средств и организационно-технологические отказы, не связанные непосредственно с износом, поломками, ухудшением параметров работы технических средств.

Отказы технических средств разделяют на отказы постоянных устройств (пути, автоматики, телемеханики и связи, контактной сети и др.) и отказы подвижного состава (локомотивов и вагонов). Организационно-технологические отказы делятся на отказы, связанные с полным заполнением графика движения поездовв тот или иной периодсуток, отсутствием локомотивовилилокомотивных бригад, полным заполнением путей, парков станций, нарушениями плана формирования, ошибками в информации, оформлении документов, коммерческим браком, нарушением правил погрузки грузов. Организационно-технологи- ческие отказы могут быть вызваны и объективными причинами, связанными с эксплуатационной обстановкой на полигоне, и необъективными, связанными с противоречиями в процессе управления.

Общим для приведенных моделей или их комплексов должно быть то, что они должны отражать связь изменений в поведении системы с показателями эффективности такого поведения. Построение комплекса системных моделей и проверка достоверности результатов, получаемых с ихпомощью, являются темой дополнительных исследований.

8

А.Л. Исаков

Исаков Александр Леонидович родился в 1948 г. В 1971 г.

окончилНовосибирскийгосударственныйуниверситет.В1975г.защитил диссертацию насоискание ученой степеникандидатафизико- математическихнаук,в1986—докторатехническихнаук.Внастоящее времязаведующийкафедрой«Изыскания,проектированиеипостройка железных иавтомобильных дорог»СГУПСа,профессор.

Сфера научных интересов — проблемы диагностики и расчета земляногополотна,проблемывибродиагностикидефектностиколесных парподвижногосостававпроцессеегодвижения.

Авторболее50научныхстатейиболее30изобретений.

УДК 625.12:681.518.54

А.Л. ИСАКОВ

ГЛУБОКАЯ ДИАГНОСТИКА ВЫСОКИХ НАСЫПЕЙ

В статье представлен метод глубокой диагностики земляного полотна, позволяющий дать анализ его состояния и поведения при поездных нагрузках, а кроме того, выбрать наиболее эффективный вариант его лечения.

Проблема диагностики и выявления причин потери устойчивости и стабильности грунтовых сооружений большой высоты, несмотря на использование современных средств, таких как георадиолокация, сейсмоакустика, электродинамическое зондирование и т. д., до сих пор не имеет окончательного решения, в полной мере удовлетворяющего практиков.

На протяжении последних лет в СГУПСе на кафедре «Изыскания, проектирование и постройка железных и автомобильных дорог» успешно разрабатывается новый подход к решению данной проблемы, смысл которого состоит в создании замкнутой системы диагностики и расчета земляного полотна с выработкой алгоритма реализуемых на ЭВМ рекомендаций по его усилению.

Предлагаемый метод глубокой диагностики земляного полотна позволяет не только «заглянуть» в толщу насыпи на глубину более 20 м, дать «компьютерный диагноз» ее состояния и поведения при поездных нагрузках, но и выбрать наиболее эффективный вариант ее лечения в сложных ситуациях.

Чтобы детально изучить структуру земляного полотна, на железных дорогах обычно бурят десятки скважин, здесь этот трудоемкий процесс сводится лишь к контрольному бурению для корректировки расчетных характеристик грунта в зонах однородности грунта объемной геомодели.

Построенная на компьютере объемная геомодель позволяет увидеть не только строгую дифференциацию грунта в теле земляного полотна по физикомеханическим характеристикам, но и очертание зон разуплотнения, повышенной влажности, мерзлоты и т. д.

Суть глубокой диагностики заключается в детальном анализе напряженнодеформированного состояния земляного полотна, проводимом на базе объемной геомодели, отражающей реальное состояние слагающих его грунтов и их особенностей.

Последовательность этапов выполнения работ по методу глубокой диагностики выглядит следующим образом.

9

Вестник СГУПСа. Выпуск 17

1.Сейсмоакустическое обследование проблемного участка земляного полотна

спостроением сейсмотомограмм по продольным Vp и поперечным Vs скоростям упругих волн.

2.Определение основных физико-механических характеристик грунта тела насыпи и ее основания в выделенных на сейсмотомограммах зонах однородности

сих последующим уточнением путем контрольного бурения или зондирования.

3.Построение объемной геомодели обследуемого участка земляного полотна по данным сейсмотомографии.

4.Трехмерный компьютерный анализ напряженно-деформированного состояния земляного полотна.

5.Выработка и расчетное обоснование вариантов лечения земляного полотна

скомпьютерной проверкой их эффективности.

Сейсмотомография

Целевым назначением сейсмотомографии земляного полотна является детальное изучение состояния грунтов на обследуемом участке земляного полотна по результатам геофизических исследований с последующей оценкой физикомеханических характеристик грунтов, глубины залегания коренных пород и уровня грунтовых вод (рис. 1).

Первичным результатом сейсмотомографической обработки являются плоскостные срезы полей скоростей распространения продольных Vp и поперечных Vs волн в земляном полотне, которые используются для предварительной идентификации грунтов и определения зон их однородности [1]. Далее с помощью специальных корреляционных зависимостей выполняется построение томографических срезов по отдельным физико-механическим параметрам грун-

тов — Е, , , С и (рис. 2–4).

1 0