鐵路線路養護維修計劃編制理論與方法

來源: www.126151.tw 作者:vicky 發布時間:2015-06-21 19:51 論文字數:75444字
論文編號: sb2015061710290012934 論文地區:中國 論文語言:中文 論文類型:博士畢業論文 論文價格: 150
本文是土木工程論文,本論文以我國鐵路線路養護維修計劃編制為研究內容,通過分析計劃編制要素、養護維修活動特點、設備狀態變化規律,提出了適應于不同場景的區域路網鐵路線路養護維
1緒論

1.1研究背景
安全是鐵路運輸的生命線,面對運營里程的增加和列車速度的提升,始終保持鐵路基礎設施狀態良好,保障運輸生產安全成為鐵路部門面臨的首要任務。線路設備作為鐵路的重要技術裝備,是由路基、橋險建筑物(橋梁、涵洞、險道等)和軌道構成的一個整體性工程結構。在運營生產過程當中,為保障列車安全、平穩和不間斷運行,鐵路工務部門必須盡量保持線路高平順性,注意改善線路設備狀態,降低系統失效風險》鐵路線路養護維修能夠最大程度上消除安全隱患,改善運輸條件,在運輸生產中的地位至關重要。
隨著信息技術和自動化水平的日益發展,生產一線所需要的人員數量持續減少,但大量的復雜設備卻使得維修成本不斷上升,在運輸、采礦、冶金、造紙和化工等工業生產領域都投入了大量的資金用于設備或系統的養護維修。據統計,2003年荷蘭鐵路用于線路維修和更新的費用分別達到了2.95億歐元和1.5億歐元;北美地區每年都需要投入數十億美元用于鐵路線路的養護和維修;2006年英國為后續5年的鐵路線路維修和站場改造總計投入了227億英鎊。養護維修的髙投入并不能有效地解決運輸與維修之間的矛盾,一方面,養護維修作業對于維持運輸生產的正常運行,保證各部件合理的使用壽命,提高運輸系統的安全性和可靠性具有重要作用,另一方面,養護維修的執行會造成運輸生產的中斷,影響正常生產秩序,不利于運輸能力的提升和釋放。隨著路網規模的擴大,行車密度的增力口,線路養護維修作業量越來越多,而可用于養護維修作業的時間卻不斷壓縮,運輸與維修之間的矛盾進一步加劇。
線路養護維修的科學管理既能保障運輸安全也可兼顧經濟效益,制定合理的維修計劃是解決運輸生產與維修之間矛盾,節約維修成本的有效途徑。圍繞鐵路線路維修計劃建模和優化技術,國外己經幵展了廣泛的研宄,而我國在這方面的研究較為薄弱。由于我國鐵路在工務維修管理體制方面的諸多弊端,傳統的超限修、故障修和粗放的周期修仍是線路維修的主要方式。隨著鐵路向高速、重載方向發展,越來越多的國內學者開始關注線路設備狀態預測技術的研宄,致力于探索設備狀態發展規律,加快維修方式地轉變。在此背景下,迫切需要對鐵路線路養護維修計劃編制理論與方法展開深入研究,基于線路設備狀態變化規律,考慮維修資源優化配置,兼顧運輸與維修之間的關系,制定合理的預防性維修計劃,最終實現維修成本和運營安全的雙重控制。

1.2研究意義
深入研究鐵路線路養護維修計劃編制理論與方法,根據線路養護維修計劃開展有計劃、預防性的養護維修作業具有重要的理論意義和現實意義。
(1)逐步地完善線路養護維修計劃編制理論
鐵路線路預防修和狀態修的維修理念早已深入人心,但如何作用與生產實踐卻一直困擾著眾多學者。雖然己經取得了大量的研究成果,但目前為止仍未形成一套完善的鐵路線路養護維修計劃編制理論體系。我國鐵路運輸場景復雜,既有線與高速線路并存且維修作業方式存在明顯差異,同時,線路養護維修作業種類繁多,在安排執行時受制于各種因素,國外既有研究成果很難直接應用于我國鐵路。本論文從不同角度分別研宄了考慮作業執行周期的預防性年度計劃編制方法和考慮設備狀態的狀態修計劃編制方法,形成了一套適用于我國鐵路線路養護維修計劃編制的理論,為鐵路生產作業的科學管理與實施提供了有力的技術支撐,是對目前鐵路線路養護維修計劃編制理論體系的補充和完善。
(2)有效地提高線路設備可靠性
線路設備在列車荷載的反復作用和運營環境、設備老化等因素的影響下,隨著時間的推移狀態逐漸劣化,可靠性不斷下降,失效概率明顯升高,通過有計劃的維修活動可以恢復設備運行條件,延長各部件使用壽命,防止故陣的發生。因此,制定合理的養護維修計劃可以有效地提高線路設備的可靠性。
(3)極大地改善運輸服務水平
鐵路線路的平順性關系到列車運行的平穩和旅客乘車的舒適,始終保持線路系統的高度平順能夠在完成客貨運量的同時保證運輸服務質量。合理的維修計劃不僅可以安排維修作業消除已知的線路不平順病害,而且能夠充分運用線路時空資源實施預防性養護工作,貫徹“預防為主,防治結合,修養并重”的原則,從根本上杜絕安全隱患,極大的提高運輸服務的水平。

2國內外研究綜述

開展鐵路線路養護維修計劃編制研究需要明確維修及維修計劃的基本含義,從而界定研究范圍,明確研究對象。由于我國鐵路線路管理體制的獨特性,無法完全借鑒國外既有研宄成果,需要在總結分析國內外鐵路線路養護維修管理現狀的基礎上對線路養護維修計劃編制理論加以改進和完善。為此,本章擬從三個方面展開綜述,包括維修基礎理論綜述、線路養護維修管理現狀綜述和線路養護維修計劃編制理論綜述。維修基礎理論綜述將系統闡述維修相關的基礎理論,明確維修的概念、維修計劃及決策過程;線路養護維修管理現狀綜述通過對比國內外線路養護維修管理模式強調養護維修計劃編制的必要性,同時描述我國線路養護維修計劃編制方法和實施手段;線路養護維修計劃編制理論綜述將圍繞既有研究成果詳細地敘述各類建模方法的內容和特點,以此為基礎明確本論文研究內容和方法體系。

2.1維修基礎理論綜述
2.1.1維修的基本概念
2.1.1.1維修的定義及目標
參考現行的國際標準,維修被描述為確保設備實現所期望的功能,在設備的壽命周期內保持、恢復和改善設備狀態而采取的所有技術和管理活動的集合。維修的具體目標可以歸納總結如下:
以低費用、高可靠性和安全性為前提,增加設備的可用性從而提高產量;
盡可能減少設備故障和緊急事故的發生;
最大程度的優化生產資源的分配和利用;
縮短因故障而導致的生產停工時間;
改善系統備件的庫存管理;
提高設備效率并降低報廢率;
最小化生產中相關能源的利用;
最優化設備的使用壽命;
提供切實可靠的費用和預算控制;
實現生產成本的降低。
2.1.1.2維修的發展及分類
人們對維修從認識到重視經歷了一個漫長的過程,大致可以分為三個階段,如圖2-1所示。從最初出現故障以后再維修發展到根據周期安排維修,再到后來越來越多維修方式和維修理念的產生,維修逐步進入了蓬勃發展的時期。


2.2線路養護維修管理現狀綜述
受氣候、溫度、列車荷載等多種因素影響,軌道幾何形位不斷發展劣化,路基、道床逐漸失效變形,鋼軌、軌枕及聯結零件也時常發生磨損,導致線路設備技術狀態發生變化。與此同時,線路設備作為保障鐵路運輸安全暢通的關鍵設備,結構復雜、技術性強,一經損壞,輕則限速減載,重則中斷行車。為確保運輸安全,必須加強線路設備檢測、監測,并適時安排養護維修。參考2.1.1.1中維修的定義,本論文將鐵路線路養護維修定義如下:
定義:我國鐵路工務部門為確保線路設備實現所期望的功能,在設備的壽命周期內保持、恢復和改善設備狀態而采取的所有技術和管理活動的集合稱為鐵路線路養護維修或鐵路線路修理。
線路養護維修的基本目標是以鐵路運輸為中心,在技術和經濟兩個層面上達到所期望的要求。在技術層面上:提高或恢復軌道結構強度,全面改善軌道彈性;經常保持線路設備的完整和質量均衡;保證列車能以規定的速度,安全、平穩和不間斷地運行;盡量延長設備使用壽命。在經濟層面上:優化勞動組織,提高勞動生產率和作業質量,降低成本;合理安排修理作業,最大限度降低對運輸的影響,減少運輸能力的損耗。
2.2.1養護維修管理模式
2.2.1.1國外現狀概述
世界各國鐵路都十分重視基礎設施的養護維修工作,一些國家在鐵路養護維修方面進行了大量的探索和實踐形成了先進的養護維修管理模式,下表2-3以法國、德國、日本的高速鐵路為代表,從鐵路線路養護維修的組織方式、管理標準、維修實施三個方面進行了總結。


3彈性周期預防性養護維修計劃編制..........35
3.1建?;A........35
3.1.1建模要素..........35
4具有更新機制的鐵路線路狀態預測模型........61
4.1問題提出.........61
5基于狀態時間窗的養護維修計劃編制........85
5.1建?;A......85

5基于狀態時間窗的養護維修計劃編制

設備狀態預測的突出作用是能夠輔助管理者制定針對性強、有前瞻性的維修計劃,盡管國外在這方面己經開展了較長時間的研宄,但在國內,眾多學者一直以來注重鐵路線路設備狀態預測方法地探索和開發,在如何利用預測結果制定基于設備狀態的養護維修計劃方面尚顯薄弱。隨著我國高速鐵路營業里程的快速增長和成網運營,對線路養護維修的要求越來越高,制定線路狀態修養護維修計劃能夠有效指導工務部門充分利用夜間天窗,避免盲目維修。在第四章研究的基礎上,本章將闡述如何利用軌道狀態預測模型輔助管理者編制養護維修計劃。

5.1建?;A
5.1.1狀態修計劃編制框架
鐵路線路的狀態修以設備狀態檢測為基礎,考慮不同線路軌道結構、運輸強度以及自然環境等因素,運用數理統計方法,通過定量分析找出線路設備狀態變化規律和臨界狀態,根據科學合理的維修周期編制養護維修計劃,指導線路的各項維修和保養工作。狀態修計劃的編制結果能夠輔助管理部門在實際生產中做到該修的及時修好,不該修的堅決不修、推遲修的絕不提前修,把有限的人力、物力用在線路設備的薄弱環節。編制狀態修的鐵路線路養護維修計劃需要滿足以下前提條件:
(1)全面采集各種檢查、檢測及監測方式產生的數據,鐵路線路基礎設施靜態屬性數據,設施運用過程中產生的動態屬性數據和設施的地理空間數據,實現鐵路線路設施運行狀態更透徹地感知。
(2)針對各類采集數據的特點,構建統一的數據標準?;诮y一標準,設計數據共享平臺,并構建數據庫,使各種數據能夠在不同維度上實現共享與交互,從而實現鐵路線路設施運行狀態信息更全面地互聯互通。
(3)針對鐵路線路設施設備特點分別構建多種狀態評價模型和狀態預測模型,形成鐵路線路設施運行狀態分析模型庫,借助現代化計算機技術,實現鐵路線路設施狀態更智能地洞察。


6結論與展望

6.1論文主要工作
本論文以我國鐵路線路養護維修計劃編制為研究內容,通過分析計劃編制要素、養護維修活動特點、設備狀態變化規律,提出了適應于不同場景的區域路網鐵路線路養護維修計劃編制方法。
本論文的主要研究工作如下:
(1)鐵路線路作為一個復雜系統,其維修計劃的編制長期以來備受關注。本論文以維修基礎理論、線路養護維修管理、維修計劃編制理論三方面綜述為基礎,重點闡述了我國鐵路快速發展背景下線路養護維修計劃編制的重要意義及存在問題,進一步確立了本論文的研究內容和研究方向。
(2)工務部門編制年度線路養護維修計劃不僅能從宏觀上把握人、財、物分配和使用情況,也是與其他專業和運輸部門進行信息交互的重要方式和手段。本論文基于目前我國鐵路線路設備的修程修制,提出了鐵路線路年度預防性養護維修計劃編制方法,建立了涵蓋各類檢修作業活動和大型施工作業活動的預防性修理計劃編制模型,通過考慮多種約束條件使模型更符合實際工程應用的需求。
(3)由于軌檢車和綜合檢測列車在鐵路線路狀態檢測中的廣泛應用,使軌道幾何不平順動態檢測數據得到了極大豐富,但是維修數據的缺失,使軌道不平順狀態中、長期預測模型無法達到理想的預測精度。本論文基于灰色預測理論,以軌檢車檢測數據為基礎,建立了維修間隔之間軌道幾何不平順狀態短期預測模型,從而掌握軌道狀態變化規律,逐步實現軌道設備的狀態修。
(4)狀態修的最終落腳點是制定基于設備狀態的維修計劃,在軌道狀態預測方法研究的基礎上,本論文提出了適用于高速鐵路線路的月度養護維修計劃編制模型。模型面向區域范圍內的所有高速線路,能夠在保證設備狀態高可靠性的同時合理地安排月度維修天窗內各維修班組的維修任務。
參考文獻(略)

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