Ocena nieuszkadzalności, gotowości i podatności utrzymaniowej kolejowych systemów przestawczych

Transkrypt

1 Dr nż. Macej Szkoda Poltechnka Krakowska Wydzał Mechanczny Al. Jana Pawła II 37, Kraków, Polska E-mal: Ocena neuszkadzalnośc, gotowośc podatnośc utrzymanowej kolejowych systemów przestawczych Słowa kluczowe: analza nezawodnośc, system przestawczy, zmana szerokośc toru Streszczene: Praca dotyczy porównawczej oceny nezawodnośc dwóch kolejowych systemów przestawczych: systemu wymany wózków wagonowych systemu samoczynne rozsuwanych zestawów kołowych SUW 000. W zastosowanej metodze oceny, nezawodność jest traktowana jako właścwość kompleksowa obejmującą take cechy systemów jak: neuszkadzalność, gotowość podatność utrzymanową. Przeprowadzone oblczena wyselekcjonowanych wskaźnków nezawodnoścowych, oparte na danych eksploatacyjnych wykazały, że system SUW 000 może stanowć alternatywną metodę pokonana barery rożnej szerokośc toru w stosunku do aktualne stosowanej wymany wózków wagonowych.. Wprowadzene Rozwój gospodarczy w znacznym stopnu zależy od sprawnego systemu transportowego, który pownen umożlwać nezawodny, bezpeczny efektywny przewóz towarów zarówno w ruchu krajowym, jak mędzynarodowym. Zapewnene tych warunków jest szczególne trudne dla transportu kolejowego pomędzy Europą a Azją. Zwązane jest to z różnym szerokoścam torów występujących na kontynence euroazjatyckm. Wększość europejskch państw, podobne jak Polska, ma tory o szerokośc 435 mm, ale koleje byłej Wspólnoty Nepodległych Państw (WNP) nnych, w tym Ltwy, Łotwy Eston posadają lne kolejowe o prześwce toru 50 mm. Na terene Azj, pocąg porusza sę po torze szerokm 50 mm, by w Chnach Kore znowu trafć na lne normalnotorowe 435 mm. Jeszcze szersze tory są w Hszpan Portugal 668 mm. O potrzebe prac badawczych mających na celu usprawnene metod pokonana barery różnej szerokośc torów śwadczyć może fakt podejmowana tego tematu przez mędzynarodowe konsorcja w ramach programów Un Europejskej jak równeż przez Mędzynarodowy Zwązek Kole (UIC) [3, 7, 0]. W latach w Instytuce Pojazdów Szynowych Poltechnk Krakowskej wykonano szereg prac badawczo-rozwojowych projektów celowych pośwęconych temu zagadnenu [,, 3, 33, 38]. Równeż w aktualnej śwatowej lteraturze dostępne są opracowana pośwęcone realzacj przewozów pomędzy kolejam o różnej szerokośc torów, a w szczególnośc pomędzy Europą a Azją [5, 3,, 7, 36, 40]. Autorzy tych prac podkreślają, że rozwój transportu kolejowego na kontynence euroazjatyckm jest możlwy poprzez wdrożene nowych efektywnych metod pokonana barery różnej szerokośc torów. Obecne czas tracony w punktach grancznych na przeładowane towaru lub na wymanę zespołów begowych wraz z obegem dokumentów sęga nawet do 46% całkowtego czasu transportu [3, 3].

2 W przewozach towarowych aktualne stosowane są dwe technologe pokonana barery różnej szerokośc torów [, 3]: technologa przeładunkowa, technologa przestawcza. Technologa przeładunkowa polega na przeładunku przewożonego towaru w punktach grancznych z wagonów normalnotorowych do wagonów szerokotorowych lub odwrotne. W zależnośc od rodzaju przewożonego ładunku, w technolog tej można wyróżnć: przeładowane, przelewane lub przesypywane [3]. Kolejowe systemy przestawcze, będące przedmotem rozważań w nnejszej pracy, oparte są na drugm z możlwych sposobów realzacj przewozów pomędzy kolejam o różnej szerokośc torów, tzw. technolog przestawczej []. W systemach tych przewóz odbywa sę w tym samym środku transportowym, który jest przestawany w punkce grancznym z jednej szerokośc toru na drugą. Przestawane może być realzowane poprzez: wymanę wózków wagonowych, wymanę zestawów kołowych lub zastosowane samoczynne rozsuwanych zestawów kołowych. W przewozach towarowych obecne stosowana jest wyłączne wymana wózków wagonowych z podnesenem nadwoza wagonu. Metody polegające na wymane zestawów kołowych były analzowane w ramach projektu badawczego [], jednak ne znalazły one praktycznego zastosowana. W drugej połowe ubegłego stuleca, prowadzono ntensywne prace badawcze nad automatycznym technologam pokonana barery różnej szerokośc torów (tzw. systemy samoczynne rozsuwanych zestawów kołowych) w Nemczech, Hszpan, Rosj, Bułgar, Polsce w Japon. Do tych, które znalazły praktyczne zastosowane zalcza sę: system Talgo (Hszpana), system DB Rafl (Nemcy), system BT (Bułgara) polsk system SUW 000. W ramach projektu [3] wykonano analzę porównawczą tych systemów. Główny nacsk kładzono na aspekty prawne, ekonomczne logstyczne, jak równeż na korzyśc płynące dla operatorów kolejowych. Na podstawe przeprowadzonych badań stwerdzono, że najbardzej dopracowany zaawansowany technczne jest polsk system SUW 000 zaprojektowany przez dr hab. nż. R. Suwalskego [5]. Perwsze lata eksploatacj systemu pośwęcone były badanom nad wyelmnowanem zjawska frettngu pomędzy podpaścem os tuleją pasty koła. Analza różnych warantów konstrukcj materałów umożlwła wprowadzene systemu samoczynne rozsuwanych zestawów kołowych do handlowej eksploatacj nadzorowanej. W pracach [5, 40] przedstawono wynk badań z eksploatacj nadzorowanej systemu SUW 000, prowadzonej w latach w przewozach pasażerskch towarowych, pomędzy Polską a Ukraną. Aktualne, system samoczynne rozsuwanych zestawów kołowych SUW 000 stosowany jest tylko w przewozach pasażerskch pomędzy Polską a Ukraną (pocąg relacj Wrocław - Lwów). Wszystke dotychczas wykonane prace pośwęcone zastosowanu systemu SUW 000 w przewozach towarowych ogranczają sę do analz porównawczych tego rozwązana w ujęcu technczno-ekonomcznym bez uwzględnena jego nezawodnośc. Stąd, podjęto próbę wykonana porównawczej oceny nezawodnośc systemu samoczynne rozsuwanych zestawów kołowych SUW 000 w porównanu do aktualne stosowanej w transporce materałów nebezpecznych wymany wózków wagonowych. Analza stanu stnejącego wykazała, że system przewozów przestawczych w transporce materałów nebezpecznych w szczególnośc wymaga usprawnena. Obecne rozwązana stosowane w punktach grancznych na wschodnej grancy Polsk dla tej grupy ładunkowej, charakteryzują sę nską efektywnoścą oraz stwarzają poważne zagrożene dla środowska bezpeczeństwa personelu obsług. Pozwala to przypuszczać, że wynk prezentowane w nnejszej pracy są nowe mają stotne znaczene dla dalszych prac badawczo-rozwojowych nad nnowacyjnym metodam pokonywana barery różnej szerokośc torów w przewozach towarowych.

3 . Ocena neuszkadzalnośc, gotowośc podatnośc utrzymanowej Kolejowe systemy przestawcze należą do grupy obektów odnawalnych. Dla tego typu obektów, metody opsu nezawodnośc stosowane do obektów pracujących do perwszego uszkodzena, np.: z użycem tylko funkcj nezawodnośc R(t) czy ntensywnośc uszkodzeń λ(t) są newystarczające. W zastosowanej metodze oceny, nezawodność jest traktowana jako właścwość kompleksowa obejmująca take cechy systemów jak: neuszkadzalność, gotowość podatność utrzymanową (z ang. Realblty, Avalablty and Mantanblty w skróce RAM). Cechy te można zdefnować następująco [6, 9]: Neuszkadzalność (zdatność) rozumana jest jako zdolność systemu do wypełnena wymaganych funkcj w danych warunkach eksploatacj w danym przedzale czasu; Gotowość to zdolność systemu do utrzymywana sę w stane umożlwającym wypełnene wymaganych funkcj w danych warunkach, w danej chwl lub w danym przedzale czasu, przy założenu, że dostarczane są wymagane środk zewnętrzne; Podatność utrzymanową (obsługwalność) defnuje sę jako właścwość charakteryzującą przystosowane do wykonywana napraw w celu odtworzena stanu zdatnośc w określonych warunkach eksploatacj z wykorzystanem ustalonych metod środków. Znajdowane sę systemu w stane gotowośc oznacza, że system ne jest wyłączony z eksploatacj z powodu obsług utrzymana proflaktycznego oraz ne znajduje sę w stane nezdatnośc z powodu uszkodzena. Gotowość zależy ne tylko od przestojów zwązanych z utrzymanem, ale zależy równeż od prawdopodobeństwa newykonana przez system przypsanych mu funkcj (efekt uszkadzalnośc) [5]. Podatność utrzymanowa w odnesenu do kolejowych systemów przestawczych dotyczy utrzymana beżącego utrzymana proflaktycznego. Utrzymane beżące umożlwa przywrócene zdatnośc obektu, który uległ uszkodzenu ponowne wprowadzene go eksploatacj. Natomast, utrzymane proflaktyczne realzowane jest w ramach ustalonego cyklu utrzymana obektu w celu zwększena jego nezawodnośc kontrol stanu zużyca [5]. Celem skutecznego utrzymana jest mnmalzowane czasu neplanowanych przestojów systemu (Mean Down Tme MDT) zwązanych z tym kosztów [39]. Ogólne wytyczne dotyczące analzy neuszkadzalnośc, gotowośc podatnośc utrzymanowej ujęte są w norme PN-EN 506 Zastosowana kolejowe Specyfkacja nezawodnośc, dostępnośc, podatnośc utrzymanowej bezpeczeństwa [9]. W profesjonalnej lteraturze dotyczącej tego zagadnena dostępny jest szczegółowy ops, defncje oraz formuły oblczenowe różnych wskaźnków wykorzystywanych do oceny [, 8, 4, 7, 6]. Analza neuszkadzalnośc, gotowośc podatnośc utrzymanowej była przedmotem welu badań naukowych w ostatnch dekadach. Obecne jest stosowana w różnych sektorach przemysłu, włączając przemysł lotnczy, zbrojenowy, energetyczny, przetwórczy transportowy [6, 9,, 5, 4, 5, 35]. Przykładowo w pracy [9] autorzy opsują możlwośc zastosowana modelu RAM w praktyce przemysłowej do dentyfkacj urządzeń krytycznych ze względu na częste aware lub wysoke wymagana w zakrese utrzymana. W pracy [4] przedstawono zastosowane analzy RAM jako pomocne narzędze przy projektowanu systemów, we wprowadzanu zman konstrukcyjnych w celu osągnęca mnmalnej lczby uszkodzeń zwększena średnego czasu mędzy uszkodzenam (Mean Tme Between Falure MTBF). W pracy [35] analzowany jest problem relacj pomędzy gotowoścą, podatnoścą utrzymanową środków transportu szynowego, a kosztam neplanowanych przestojów utrzymana pojazdu. Określono model optymalnej realzacj przeglądów napraw okresowych z punktu wdzena kosztów, uwzględnając beżące dane o uszkodzenach pojazdu. W nnejszej pracy analza neuszkadzalnośc, gotowośc podatnośc utrzymanowej odnos sę do kolejowych systemów przestawczych. 3

4 3. Analza porównawcza kolejowych systemów przestawczych 3. Systemy podlegające analze Do oceny neuszkadzalnośc, gotowośc podatnośc utrzymanowej przyjęto dwa systemy zwązane z transportem materałów nebezpecznych: System, w którym zmana szerokośc torów odbywa sę poprzez aktualne stosowaną wymanę wózków wagonowych z podnesenem nadwoza wagonu; System, w którym zmana szerokośc torów odbywa sę przy zastosowanu perspektywcznej metody samoczynne rozsuwanych zestawów kołowych SUW 000. Na rysunku przedstawono porównane procesu obsług analzowanych systemów. W analze pomnęto czas operacj zwązanych z przyjęcem pocągu tj. czas sprawdzena zabezpeczeń, sprawdzena zgodnośc dokumentów przewozowych, czas zwązany z odprawą celną ważenem wagonów. a) b) Rys.. a) Czas obsług w punkce grancznym, b) Wydajność systemów [30, 3] Borąc pod uwagę czas obsług składu pocągu w punkce grancznym wynkającą z nego wydajność, bezkonkurencyjny jest warant z samoczynne rozsuwanym zestawam kołowym SUW 000. Zastosowane systemu pozwala na znaczące skrócene czasu przewozu do 8 godzn w zależnośc od przewożonego ładunku [4, 9]. Występują tu jednak ogranczena zwązane z unwersalnoścą obsług. Technologa ta wymaga przewozów w składach całopocągowych, względne wstępnego rozrządzena przed punktem styku różnej szerokośc torów. 3. Dane nezawodnoścowe Podstawą do oceny neuszkadzalnośc, gotowośc podatnośc utrzymanowej systemów były dane eksploatacyjne zebrane przy współpracy z PKP Cargo S.A. w rzeczywstych warunkach pracy, obejmujące dla systemu wymany wózków około 7 lat, a dla systemu samoczynne rozsuwanych zestawów kołowych prawe 4 lata eksploatacj. Umożlwło to obserwację przebegu eksploatacj elementów systemów w różnorodnych warunkach, a tym samym pozyskane warygodnych obszernych danych do analzy nezawodnoścowej. Dane nezawodnoścowe gromadzone były na wewnętrznych raportach dokumentach ewdencyjnych PKP Cargo S.A., które pełnły funkcje kart eksploatacyjnych. Dokumenty te zawerały szczegółowe nformacje dotyczące: daty wystąpena uszkodzena, okolcznośc wykryca uszkodzena, przyczyn uszkodzena, 4

5 charakterystyk czasowych obsług, tj. czas trwana naprawy beżącej, czasy przestojów organzacyjnych (oczekwane na naprawę, oczekwane na odbór po naprawe), pracochłonnośc napraw beżących, wartośc lczbowych różnych cech merzalnych przed naprawą po naprawe, pracochłonnośc czasów trwana obsług planowych (przeglądy, naprawy okresowe), zużytych materały częśc zamennych, technolog operacj naprawczych, nne dodatkowe nformacje. Szczegółowe dane dotyczące procesu eksploatacj, lośc rodzaju zarejestrowanych uszkodzeń badanych systemów zawarte są w pracy [33]. 3.3 Założena struktury nezawodnoścowe systemów Ocena neuszkadzalnośc, gotowośc podatnośc utrzymanowej rozpatrywanych systemów mała charakter porównawczy, węc z analzy, a tym samym ze struktur nezawodnoścowych, wyłączono elementy wspólne, które mają tak sam wpływ w jednym drugm systeme np.: nfrastrukturę kolejową mm, pojazdy trakcyjne nne. Ośrodek zanteresowana w porównywanych systemach stanowły elementy wyposażena techncznego punktów styku różnej szerokośc torów oraz tabor kolejowy zaangażowany w procese transportowym. W systeme do przestawena wagonu z jednej szerokośc toru na drugą stosowane są stanowska wymany wózków wagonowych wraz ze współpracującym suwncam bramowym (rys. a b). W systeme rozbudowana nfrastruktura technczna punktu wymany wózków zastąpona jest torowym stanowskem przestawczym (rys. 3). a) b) Rys.. a) Stanowsko wymany wózków wagonowych, b) Suwnce bramowe do obsług stanowsk przestawczych (Zdj.: M. Szkoda) Rys. 3. Torowe stanowsko przestawcze systemu SUW 000 [8] 5

6 Odnośne taboru kolejowego najstotnejsze różnce w zakrese oceny nezawodnośc dotyczą wózków wagonowych bezpośredno odpowedzalnych za bezpeczeństwo przewozów. W systeme do realzacj przewozów po różnej szerokośc torów wymagane są dwa komplety wózków przypsane do jednego wagonu: wózek typ XTa na tor 435 mm (rys. 4a) wózek typ 8-00 na tor 50 mm, które wymenane są w punkce grancznym. W systeme natomast, stosowany jest jeden rodzaj wózków typu 4RS/N (rys. 4b) wyposażony w zestawy kołowe o zmennym rozstawe kół, umożlwające kursowane wagonu po sec kolejowej mm. a) b) Rys. 4. a) Wózek wagonowy typu XTa na tor 435 mm, b) Wózek wagonowy typu 4RS/N na tor 435/50 mm (Zdj.: M. Szkoda) W celu zapewnena utyltarnego charakteru pracy, przy formułowanu założeń nezbędnych do przeprowadzena oceny neuszkadzalnośc, gotowośc podatnośc utrzymanowej, nawązano do stanu aktualnego w Punkce Komunkacj Przestawczej PKP Cargo S.A., zlokalzowanym na najwększym kolejowym polsko-ukrańskm przejścu grancznym Medyka/Mostska. Założena do analzy zestawono w tabel. Tabela. Założena do analzy nezawodnoścowej L.p. ELEMENT ZAŁOŻENIA Rodzaj przewożonego ładunku Materały nebezpeczne w wagonach cysternach Ilość wagonów przestawanych w punkce grancznym 5.483,0 [wag./rok] 3 Ładowność przestawanego wagonu 48,0 [ton] 4 Obrót wagonu: - system 0,6 [dn] - system 8,0 [dn] 5 Odległość przewozu (w jedną stronę, połowa po torze 435 mm połowa po 50 mm).00,0 km W tabel, dla przyjętej odległośc transportowej, oblczono zapotrzebowane na środk transportowe, w tym wózk wagonowe zaangażowane do realzacj przewozów w jednym drugm systeme. Mnejsze zapotrzebowane w systeme wynka ze znaczne krótszego procesu obsług w punkce grancznym. System Parametr Tabela. Wymagana lość wózków wagonowych Zapotrzebowane Wymagana lość na wagony wózków wagonowych [szt.] [szt.] Obrót wagonu [dn] System 0, (na tor 435) 60 (na tor 50) Roczny przebeg wagonu [km/rok] ,0 km System 8, ,0 km 6

7 Powyższe założena, w połączenu z analzą stanu rzeczywstego, umożlwają określene struktur nezawodnoścowych analzowanych systemów. Do opsu nezawodnoścowego wykorzystano różne struktury: szeregową, z rezerwą przesuwającą sę oraz progową typu k z n. Metodyczne podstawy oceny nezawodnośc układów z rezerwą przesuwającą sę typu k z n przedstawono mędzy nnym w pracy [34]. Struktura nezawodnoścowa systemu (rys. 5) została odwzorowana poprzez szeregowe połączene czterech podsystemów P., P., P.3 P.4: Rys. 5. Struktura nezawodnoścowa systemu Oznaczena z rysunku 5: P., P., P.3, P.4 podsystemy systemu,.,.,.3,.4 elementy wchodzące w skład systemu (. wózk wagonowe typu XTa,. wózk wagonowe typu 8-00,.3 stanowska wymany wózków,.4 suwnce bramowe). Podsystem P. składa sę łączne ze 76 wózków typu XTa na tor 435 mm (element.), które tworzą strukturę nezawodnoścową z rezerwą przesuwającą sę o krotnośc rezerwowana k 0. Oznacza to, że dla 60 wózków podstawowych założono rezerwę eksploatacyjną 6 elementów, z których każdy może zastąpć dowolny wózek podstawowy w przypadku jego uszkodzena; Podsystem P. składa sę łączne ze 76 wózków typu 8-00 na tor 50 mm (element.), które analogczne jak podsystem P., odwzorowano strukturą nezawodnoścową z rezerwą przesuwającą sę o krotnośc rezerwowana k 0. W analze podsystemów P. P. zakłada sę, że wózk rezerwowe ne mogą ulec uszkodzenom, gdy ne pracują że przebywane wózka w stane, w którym ne pracuje ne wpływa na jego nezawodność. Poza tym zakłada sę, że czas w przecągu, którego wózek uszkodzony zostaje zamenonym elementem rezerwowym, jest praktyczne równy zeru; Podsystem P.3 składa sę z 4 stanowsk wymany wózków (element.3), które odwzorowano jako strukturę progową typu 0 z 4. Do uzyskana założonej rocznej lośc przestawanych wagonów w punkce grancznym, nezbędnych jest co najmnej 0 stanowsk. Struktura progowa 0 z 4 oznacza, że podsystem P.3 znajduje sę w stane poprawnej pracy, kedy co najmnej 0 z 4 stanowsk wymany wózków prawdłowo wykonuje przypsane m funkcje; Podsystem P.4 składa sę z 3 suwnc bramowych (element.4), które odwzorowano za pomocą struktury nezawodnoścowej szeregowej. Struktura nezawodnoścowa systemu (rys. 6) została odwzorowana poprzez szeregowe połączene dwóch podsystemów P. P.: 7

8 Podsystem P. składa sę łączne ze 3 wózków typu 4RS/N na tor mm (element.), które tworzą strukturę nezawodnoścową z rezerwą przesuwającą sę o krotnośc rezerwowana k 0. Oznacza to, że dla 0 wózków 4RS/N założono rezerwę eksploatacyjną elementów, z których każdy może zastąpć dowolny wózek podstawowy w przypadku jego uszkodzena. Podobne jak dla podsystemów P. P. w systeme zakłada sę, że czas w przecągu, którego uszkodzony wózek zostaje zamenonym elementem rezerwowym jest równy zeru; Podsystem P. składa sę z jednego torowego stanowska przestawczego (element.). Rys. 6. Struktura nezawodnoścowa systemu Oznaczena z rysunku 6: P., P. podsystemy systemu,.,. elementy wchodzące w skład systemu (. wózk wagonowe typu 4RS/N z zestawam przestawnym,. torowe stanowsko przestawcze). 3.4 Wskaźnk nezawodnoścowe zastosowane w analze Kolejowe systemy przestawcze można analzować na różnych pozomach złożonośc. W odnesenu do elementu, podsystemu systemu przypsano odpowedne wskaźnk nezawodnoścowe zwązane z neuszkadzalnoścą, gotowoścą podatnoścą utrzymanową, w tym mędzy nnym: Dystrybuantę czasu pracy do perwszego uszkodzena F(t), Intensywność strumena uszkodzeń z(t), Funkcję odnowy w cyklu utrzymana H(t), Oczekwany czas pracy do perwszego uszkodzena MTTF, Oczekwany czas pracy mędzy uszkodzenam MTBF k, Wskaźnk gotowośc operacyjnej A o, Wskaźnk gotowośc techncznej A, Średn skumulowany czas przestoju systemu MADT, Dystrybuantę czasu usuwana uszkodzena G(t), Oczekwany czas usuwana uszkodzena MTTR B, Oczekwany czas przeglądu okresowego MTTM P, Oczekwany czas naprawy rewzyjnej MTTM N. Defncje oznaczena zastosowanych wskaźnków przyjęto zgodne z normą PN-EN 506 oraz PN-EN 6703 [9, 0], a w oblczenach wykorzystano możlwośc paketów: Statstca, MnTab BlockSm. Ze względu na szerok zakres przeprowadzonych analz, w punktach przedstawono wyłączne oblczena wybranych wskaźnków zastosowanych do porównana analzowanych systemów. 8

9 3.4. Wskaźnk neuszkadzalnośc Do porównana neuszkadzalnośc systemów zastosowano wskaźnk średnej lczby uszkodzeń w roku eksploatacj (MNF), który w odnesenu do pojedynczego elementu zdefnowano następująco: H ( t ) MNF 8.760,0 [ uszk ] T () rok MNF średna lczba uszkodzeń elementu w roku eksploatacj, H (t) funkcja odnowy elementu w cyklu utrzymana, T czas eksploatacj elementu w cyklu utrzymana (w godz.). W powyższym wzorze zastosowano funkcję odnowy H(t), która przy założenu, że czas trwana odnowy jest pomjalne mały w stosunku do czasu poprawnej pracy obektu wyraża oczekwaną lczbę odnów równoważną z lczbą uszkodzeń do chwl t defnowana jest następująco [8]: H ( t ) F n (t) () n F n (t) dystrybuanta czasy pracy obektu do wystąpena n-tego uszkodzena (odnowy) Dla systemu, średna lczba uszkodzeń w roku eksploatacj (MNF ) jest sumą uszkodzeń czterech podsystemów: MNF MNF P. + MNF P. + MNF + MNF H ( t ) H ( t ) H ( t ) H ( t ) P. P. P.3 P ,0 T. T. T.3 T.4 P.3 P.4 [ uszk. ] rok H P. (t) H P.4 (t) funkcje odnowy podsystemów P. P.4, T. T.4 czas eksploatacj podsystemów P. P.4 w cyklu utrzymana (w godz.). (3) Uwzględnając lczność wózków typu XTa 8-00 wraz z elementam rezerwowym funkcja odnowy podsystemu P. P. wynos: H P ( t ) H P.( t ) H.( t ) H. ( t ), dla 0 < t [godz.] (4) H. (t), H. (t) funkcja odnowy elementu.. (wózek typu XTa 8-00) w cyklu utrzymana: H.( t ) H.( t ) F n(t) F (t) + F (t) n t 804 Ln( t ),69 0,5 + Φ + 0, Φ 0, 78 dla 0 t [godz.] (5) 9

10 z Φ ( z) exp( t )dt funkcja rozkładu Gaussa Π 0 Uwzględnając lczność stanowsk wymany wózków (element.3) funkcja odnowy podsystemu P.3 wynos: H P.3 4 ( t ) H.3 ( t ), dla 0 t 4.8 [godz.] (6) H.3 (t) funkcja odnowy elementu.3 w cyklu utrzymana: H.3( t ) F n(t) F (t) + F (t) + F 3(t) + F 4(t) 090,06 0 n 7, [ exp( 4, t )] + + exp t 738,96 + 0,5 + Φ dla 0 t 4.8 [godz.] 0,68 3 ( 0,00 ( t 546,9 )) Γ,03; + t 44 + (7) + t 0,03 t Γ,03; t e dt 44 nepełna funkcja gamma z t 44 Φ ( z) exp( t )dt funkcja rozkładu Gaussa Π 0 Uwzględnając lczność suwnc bramowych (element.4) funkcja odnowy podsystemu P.4 wynos: H P.4 3 ( t ) H.4 ( t ), dla 0 t [godz.] (8) H.4 (t) funkcja odnowy elementu.4 w cyklu utrzymana: H.4 ( t ) n F (t) F (t) + F (t) + F (t) + F (t) + F (t) + F (t) + F (t) n 4,04 [ exp( -,878 0 t )] + 94,48 0 Ln( t ) 8,3 + 0,5 + Φ 0,538 + Ln( t ) 9, ,5 + Φ + 0, Γ,66; 0,568 [ exp(,866 0 t )] (9) t 699, ,5 + Φ + 079,5 t ,49 [ exp( -,393 0 t )] dla 0 t [godz.] 0

11 Podstawając (5), (7) (9) do zależnośc (3) średna lczba uszkodzeń w roku eksploatacj systemu wynos: [ uszk. ] 0, 0,,9 6,6 MNF ,0 3,8 (0) , , ,0 7.50,0 rok Dla systemu, średna lczba uszkodzeń w roku eksploatacj (MNF ), jest zwązana wyłączne z uszkodzenam wózków typu 4RS/N wynos: H P.( t ) MNF 8.760,0 [ uszk. MNFP. ] () T rok. H P. (t) funkcja odnowy podsystemu P., T. czas eksploatacj podsystemu P. w cyklu utrzymana (w godz.). Uwzględnając lczność wózków 4RS/N (element.) wraz z wózkam rezerwowym, funkcja odnowy podsystemu P.: H P. 3 ( t ) H ( t ) dla 0 t 8.40 [godz.] (). H. (t) funkcja odnowy elementu. (wózek 4RS/N) w cyklu utrzymana: H +. ( t ) n F (t) F (t) + F (t) + F (t) n 3 4 [ exp( 0,9 0 t )] t 50,9 5 [ exp(6,6 0 t )] + 0,5 + Φ, dla 0 t 3.9[godz.] 0734, + (3) Φ z ( z) exp( t )dt Π 0 funkcja rozkładu Gaussa Stąd, średna lczba uszkodzeń w roku eksploatacj systemu wynos: MNF [ uszk. ] H P.( t ) 370, ,0 370,9 (4) T 8760 rok Ocena gotowośc techncznej Zakładając, że wszystke elementy pracujące w systeme są opsane dentycznym funkcjam rozkładu prawdopodobeństwa czasu pracy oraz czasu naprawy, gotowość systemu A(t) można opsać następującą funkcją [8]: A( t ) F( t ) + t [ F( t )] 0 τ h( τ )dτ (5)

12 h(t) funkcja gęstośc odnowy: h (t) H(t) dt Powyższy wzór praktyczne rzadko jest wykorzystywany w praktyce ze względu na znaczny stopeń komplkacj oblczeń. Zwykle stosuje sę tzw. wskaźnk gotowośc techncznej, defnowany jako średn udzał czasu, w którym badany system przebywa w stane zdatnośc []: A( ) lm A( t ) (6) t Do porównana gotowośc techncznej analzowanych systemów zastosowano wskaźnk gotowośc techncznej A wskaźnk skumulowanego czasu przestoju systemu w roku eksploatacj MADT (Mean Accumulated Down Tme). Wskaźnk A przedstawa wartość średną gotowośc techncznej w cyklu utrzymana, pomędzy kolejnym naprawam rewzyjnym, analzowanych obektów. W odnesenu do pojedynczego obektu wskaźnk gotowośc zdefnowano następująco: A TZ TZ + TN + TO (7) TZ średn czas przebywana obektu w stane zdatnośc (w godz.), TN średn czas przebywana obektu w stane nezdatnośc z powodu napraw beżących (w godz.), TO średn czas przebywana obektu w stane nezdatnośc z powodu obsług proflaktycznych (w godz.). Natomast wskaźnk skumulowanego czasu przestoju obektu w roku eksploatacj MADT: MADT ( A ) [godz./rok] 8.760,0 (8) Dla systemu, wskaźnk gotowośc jest loczynem gotowośc czterech podsystemów P., P., P.3 P.4: A AP. AP. AP.3 AP.4 (9) Dla podsystemów P. P., uwzględnając lczność wózków oraz strukturę nezawodnoścową z rezerwą przesuwającą sę [8]: n 60 k + ( ( A ) ) ( 0,999) 6+ ( ), 0 AP. AP.. (0) n lczba wózków podstawowych w strukturze podsystemu P. (P.), k lczba wózków rezerwowych w strukturze podsystemu P. (P.), A. wskaźnk gotowośc techncznej wózka XTa (8-00).

13 Dla podsystemu P.3, uwzględnając lczność stanowsk oraz strukturę nezawodnoścową progową typu 0 z 4 [37]: A P.3 n n 4 A.3.3 k 0 4 n 4 ( A ) 0,970 ( 0,970) 0, 9999 () n lczba wszystkch stanowsk wymany wózków w strukturze podsystemu P.3, k wymagana lczba stanowsk nezbędna do poprawnej pracy podsystemu P.3, A.3 wskaźnk gotowośc techncznej stanowska wymany wózków. Dla podsystemu P.4, uwzględnając lczność suwnc oraz szeregową strukturę nezawodnoścową: A n P.4 A.4 3 ( 0,965) 0, 8889 () n lczba suwnc bramowych w strukturze podsystemu P.4, A.4 wskaźnk gotowośc techncznej suwncy. Podstawając (0), () () do zależnośc (9), wskaźnk gotowośc techncznej systemu wynos: A A A A,0,0 0,9999 0,8889 0,8888 (3) A P. P. P.3 P. 4 Natomast skumulowany czas przestoju w roku eksploatacj systemu : ( A ) 8.760,0 ( 0,8888) 973,8 [godz./rok] MADT 8.760,0 (4) Dla systemu, wskaźnk gotowośc techncznej jest loczynem gotowośc dwóch podsystemów P. P.: A AP. AP. (5) Dla podsystemu P., uwzględnając lczność wózków 4RS/N oraz strukturę nezawodnoścową z rezerwą przesuwającą sę, wskaźnk wynos: A n 0 k + ( ( A ) ) ( 0,9954) + ( ), 0 P.. (6) n lczba wózków podstawowych w strukturze podsystemu., k lczba wózków rezerwowych w strukturze podsystemu., A. wskaźnk gotowośc techncznej wózka 4RS/N. 3

14 Dla podsystemu P., który składa sę z jednego torowego stanowska przestawczego, wskaźnk gotowośc techncznej równy jest gotowośc elementu.: AP.. A 0,9977 (7) Podstawając (6) (7) do zależnośc (5), wskaźnk gotowośc systemu wynos: A A,0 0,9977 0,9977 (8) A.. Skumulowany czas przestoju systemu wynos: ( A ) 8.760,0 ( 0,9977) 0, [godz./rok] MADT 8.760,0 (9) Wskaźnk podatnośc utrzymanowej Do porównana podatnośc utrzymanowej systemów zastosowano wskaźnk średnego czasu obsług techncznych w roku eksploatacj (MMT), który uwzględna całkowty czas pośwęcony na utrzymane beżące utrzymane proflaktyczne systemu. W odnesenu do pojedynczego elementu wskaźnk ten zdefnowano następująco: MMT ( H ( t ) MTTR ) + ( NPMA MTTM ) + ( NPMA MTTM ) B P T P N N 8.760,0 godz. (30) H (t) funkcja odnowy elementu w cyklu utrzymana, MTTR B oczekwany czas usuwana uszkodzena elementu (w godz.), NPMA P lość przeglądów okresowych elementu w cyklu utrzymana, MTTM P oczekwany czas przeglądu okresowego elementu (w godz.), NPMA N lość napraw rewzyjnych elementu w cyklu utrzymana, MTTM N oczekwany czas naprawy rewzyjnej elementu (w godz.), T czas eksploatacj elementu w cyklu utrzymana (w godz.). Dla systemu, średn czas obsług techncznych w roku eksploatacj (MMT ) jest sumą czasów obsług techncznych czterech podsystemów wynos: MT godz. MMTP. MMTP. MMTP.3 MMTP. (3) M 4 Uwzględnając lczność wózków typu XTa 8-00, czas obsług techncznych w roku eksploatacj dla podsystemu P. P. wynos: MMTP. MMTP. 76 (,43 5,9 ) + ( 6,0 ) + ( 9,5 ) , ,9 godz. (3) Uwzględnając lczność stanowsk wymany wózków, czas obsług techncznych w roku eksploatacj dla podsystemu P.3 wynos: 4

15 MMT. 3 (,634, ) + ( 6,5 ) + ( 9,6 ) godz. P ,0.76,6 (33) 8.760,0 Uwzględnając lczność suwnc bramowych, czas obsług techncznych w roku eksploatacj dla podsystemu P.4 wynos: MMT. 4 ( 5,563 9,3) + ( 3,0 ) + ( 36,0 ) godz. P ,0 573, (34) 7.50,0 Podstawając (3), (33) (34) do zależnośc (3) otrzymujemy: MMT godz. MMTP. MMTP. MMTP.3 MMTP , (35) Dla systemu, średn czas obsług techncznych w roku eksploatacj (MMT ) jest sumą czasów obsług dwóch podsystemów wynos: MT + godz. MMTP. MMTP. (36) M Uwzględnając lczność wózków typu 4RS/N, średn czas obsług techncznych w roku eksploatacj dla podsystemu P. wynos: ( 8,49 7,9 ) + ( 3 7,0 ) + ( 5,) MMT godz. P ,0 3.7, (37) ,0 Dla podsystemu P. natomast: ( 5,0 ) MMT godz. P ,0 0,0 (38) 4.380,0 Podstawając (37) (38) do zależnośc (36), średn czas obsług techncznych w roku eksploatacj dla systemu wynos: MMT + godz. MMTP. MMTP. 3.74, (39) 4. Podsumowane Tematem pracy była ocena porównawcza neuszkadzalnośc, gotowośc podatnośc utrzymanowej dwóch kolejowych systemów przestawczych: systemu wymany wózków wagonowych systemu samoczynne rozsuwanych zestawów kołowych SUW 000. Analzując wynk przeprowadzonych oblczeń, należy meć na uwadze fakt, że eksploatacja nadzorowana systemu SUW 000 dotyczyła rozwązana prototypowego. Podczas badań tego rozwązana występowało wele uszkodzeń wywołanych błędam konstrukcyjnym, które będą wyelmnowane w nowej, ulepszonej wersj zestawu przestawnego. Na podstawe przeprowadzonej analzy nasuwają sę następujące spostrzeżena: System SUW 000 charakteryzuje wyższą uszkadzalnoścą w stosunku do systemu wymany wózków wagonowych. Średna lczba uszkodzeń tego systemu w cągu roku 5

16 eksploatacj (MNF) jest ponad dwukrotne wększa. Wpływ na to mają uszkodzena wózków typu 4RS/N, zwłaszcza płaske mejsca na powerzchn tocznej kół, które najczęścej występowały podczas eksploatacj nadzorowanej; System SUW 000 charakteryzuje sę wyższym wskaźnkem gotowośc techncznej (A) ponad 40-krotne krótszym skumulowanym czasem przestojów techncznych (MADT) w porównanu do systemu wymany wózków. Przeprowadzone oblczena wykazują jednak, że w celu zapewnena wysokej gotowośc tego systemu w rzeczywstej eksploatacj, zachodz koneczność posadana co najmnej 0% rezerwy eksploatacyjnej wózków z zestawam przestawnym; W zakrese podatnośc utrzymanowej, dzęk zastąpenu rozbudowanego kosztownego w utrzymanu wyposażena techncznego punktu wymany wózków (stanowska Kutruffa, suwnce bramowe nne) przez nezawodne o wysokej gotowośc torowe stanowsko przestawcze, średn czas obsług techncznych systemu SUW 000 w roku eksploatacj (MMT) jest blsko o 30% krótszy w porównanu do systemu wymany wózków. Przeprowadzona analza, oparta na rzetelnych danych z eksploatacj nadzorowanej wykazała, że w przyszłośc system SUW 000 może stanowć alternatywną metodę pokonana barery rożnej szerokośc toru w przewoze materałów nebezpecznych w stosunku do aktualne stosowanej wymany wózków wagonowych. Kolejnym etapem prac zwązanych z oceną możlwośc zastosowana systemu SUW 000 pownna być ocena efektywnośc z wykorzystanem analzy kosztów cyklu życa LCC (Lfe Cycle Costs). Lteratura. Adamkewcz W, Hempel L, Podsadło A, Ślwńsk R. Badana ocena nezawodnośc maszyny w systeme transportowym. WKŁ, Warszawa Analza organzacyjno-ekonomczna warantów przewozów produktów naftowych na kolejach o różnej szerokośc torów. Projekt badawczy nr 86ZS. Poltechnka Krakowska, Instytut Pojazdów Szynowych, Kraków Automatc Gauge Changeover Systems. Projekt Internatonal Unon of Ralways UIC (dostępny z: 4. Basewcz T, Gołaszewsk A, Towpk K. Nowa technologa na kolejach o różnej szerokośc torów. Problemy Kolejnctwa 007; 44: Domn J, Romanowska K. Technczne problemy przewozów kolejowych Wschód Zachód. Przegląd Komunkacyjny 008; 6: DoD Gude for Achevng Relablty, Avalablty and Mantanablty, Department of Defense. Unted States of Amerca, Washngton DC, Economc study nto nvestment n an automatc ral gauge change system wthn Pan-corrdor. Projekt Europejskej Incjatywy Eureka: E!353 RAIL GAUGE CHANGE, Centrum Naukowo-Technczne Kolejnctwa, Warszawa Gnedenko B W, Belajew J K, Sołowew A D. Metody matematyczne w teor nezawodnośc. Wydawnctwa Naukowo-Technczne, Warszawa Herder P M, van Lujk J A, Brujnooge J. Industral applcaton of RAM modelng development and mplementaton of a RAM smulaton model for the Lexan plant at GE Industral, Plastcs. Relablty Engneerng & System Safety 008; 93:

17 0. Interoperablty, securty and safety of goods movement wth 435 and 50 (54) mm track gauge ralways: new technology n freght transport ncludng hazardous products. Projekt 6 Programu Ramowego INTERGAUGE nr TST , Jackson Y, Tabbagh P, Gbson P, Segle E. The new Department of Defense (DoD) gude for achevng and assessng RAM. Relablty and Mantanablty Symposum. Proceedngs Annual IEEE 005: -7.. Kopocńsk B. Zarys teor odnowy nezawodnośc. PWN, Warszawa, Kwang-Woo Ch, Chul-Su K, Seung-Ho J. Techncal Evaluaton of Ralway Transportaton System wth the Change of Gauge. Journal of the Korea Academa-Industral cooperaton Socety 0; 3(5): Manzn R, Regatter A, Pham H, Ferrar E. Mantenance for Industral Systems. Sprnger, Martorella S, Vllanuevaa J F, Carlosa S, Nebota Y, Sanchezb A, Ptarcha J L, Serradell V. RAMS+C nformed decson-makng wth applcaton to mult-objectve optmzaton of techncal specfcatons and mantenance usng genetc algorthms. Relablty Engneerng & System Safety 005; 87: Młynarsk S, Oprzędkewcz J. Systemowe rozwązana zapewnena bezpeczeństwa nezawodnośc obektów techncznych. Problemy Eksploatacj 0; 3: O Connor P. Practcal Relablty Engneerng, 4 th Edton. John Wley & Sons Ltd., Oprzędkewcz J. Podstawowe zagadnena nezawodnośc narzędz zmechanzowanych. Zeszyty Naukowe AGH, Kraków, 97; 48(7). 9. PN-EN 506 Zastosowana kolejowe Specyfkacja nezawodnośc, dostępnośc, podatnośc utrzymanowej bezpeczeństwa. 0. PN-EN 6703 Wyrażena matematyczne dotyczące neuszkadzalnośc, gotowośc, obsługwalnośc zapewnena środków obsług.. Projekt ujednolconych wymagań dla kolejowych środków transportowych do przewozu materałów płynnych po torach o szerokośc 435/50 mm. Projekt badawczy nr 87ZS. Poltechnka Krakowska, Instytut Pojazdów Szynowych, Kraków Regm M B, Hanaoka S. Assessment of ntermodal transport corrdors: Cases from North-East and Central Asa. Research n Transportaton Busness & Management 0; 5: Revew of developments n transport n Asa and the Pacfc 0. Raport The Unted Natons Economc and Socal Commsson for Asa and the Pacfc (ESCAP) (dostępny z: 4. Sharma R K, Kumar D, Kumar P. Performance modelng n crtcal engneerng systems usng RAM analyss. Relablty Engneerng & System Safety 008; 93: Sharma S P, Kumar D. RAM analyss of reparable ndustral systems utlzng uncertan data. Appled Soft Computng 00; 0(4):

18 6. Smth D J. Relablty, Mantanablty and Rsk: Practcal Methods for Engneers, 8th Edton. Butterworth-Henemann, Stukalna O, Dzhaleva-Chonkova A. Problems of ral connectons between Ukrane and ts nebourng countres. Mechancs Transport Communcatons 0; 0(3/): Suwalsk R M. System samoczynnej zmany rozstawu kół pojazdów szynowych. Rozprawy Monografe. Uczelnane Wydawnctwo Naukowo-Technczne AGH 006; Szkoda M, Tuleck A. Decson models n effectveness evaluaton of Europe-Asa transportaton systems. The 8-th World Congress on Ralway Research WCRR 008, Seul, Korea, Artcle number G Szkoda M. Analza organzacyjno-ekonomczna możlwośc zastosowana systemu automatycznej zmany rozstawu kół w przewozach towarowych Wschód-Zachód. Problemy Eksploatacj 003; : Szkoda M. Analza organzacyjno-ekonomczna warantów przewozów Wschód-Zachód ze zmana szerokośc torów. Praca dyplomowa nr DTT 35/0-SM. Poltechnka Krakowska, Instytut Pojazdów Szynowych, Kraków Szkoda M. Analyss of the 435/50 mm track gauge change systems n the aspects of relablty and effcency. Problems of Mantenance of Sustanable Technologcal Systems. Commttee on Machne Buldng, Mantenance Fundamentals Secton, Polsh Academy of Scences 00; : Szkoda M. Metoda oceny trwałośc nezawodnośc kolejowych systemów przestawczych. Rozprawa doktorska. Poltechnka Krakowska, Kraków Szybka J. Methodology for relablty estmaton of systems wth sldng reserve. Scentfc Problems of Machnes Operaton and Mantenance 00; 3(63): ten Wolde M, Ghobbar A A. Optmzng nspecton ntervals - Relablty and avalablty n terms of a cost model: A case study on ralway carrers. Relablty Engneerng & System Safety 03; 4: Trans-Asan ralway and the ssue of break-of-gauge. Raport The Unted Natons Economc and Socal Commsson for Asa and the Pacfc (ESCAP) (dostępny z: Ważyńska-Fok K, Jaźwńsk J. Nezawodność systemów techncznych. PWN, Warszawa, Zespoły cęgłowo-zderzne kolejowych środków transportowych dla relacj przewozowych Wschód-Zachód. Projekt celowy KBN nr 9TC 03 96C/980. Poltechnka Krakowska, Instytut Pojazdów Szynowych, Kraków Zo E. Relablty engneerng: Old problems and new challenges. Relablty Engneerng & System Safety 009; 94(): Демин, Ю В, Терещак Ю В. Подвижной состав для международных перевозок пассажиров и грузов по направлениям Восток-Запад. Вісник СНУ ім. В. Даля 00; 5(47):