sustainНадежностьDependability1729-26462500-3909RAMS Journal Limited liability company10.21683/1729-2646-2019-19-3-40-46sustain-333Research ArticleУПРАВЛЕНИЕ РИСКАМИ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКАRISK MANAGEMENT. THEORY AND PRACTICEМетодика определения зон (не)допустимых значений факторов для уменьшения риска схода с рельсов вагонов грузового поезда по причине излома боковой рамыMethod of identification of the ranges of (non)acceptable factor values to reduce the risk of freight car derailment due to broken bogie solebarШубинскийИ. Б.ShubinskyI. B.

Игорь Б. Шубинский – доктор технических наук, профессор, заместитель руководителя НТК

тел. +7 (495) 786- 68-57

Igor B. Shubinsky, Doctor of Engineering, Professor, Deputy Director of Integrated Research and Development Unit, phone: +7 (495) 786-68-57

igor-shubinsky@yandex.ruЗамышляевА. М.ZamyshliaevA. M.

Алексей М. Замышляев – доктор технических наук, заместитель Генерального директора

тел. +7 (495) 967-77-02

Alexey M. Zamyshliaev, Doctor of Engineering, Deputy Director General,phone: +7 495 967 77 02

A.Zamyshlaev@vniias.ruИгнатовА. Н.IgnatovA. N.

Алексей Н. Игнатов – кандидат физико-математических наук

тел. +7 (906) 059 50 00

Alexey N. Ignatov, Candidate of Physics and Mathematics, phone: +7 (906) 059 50 00

alexei.ignatov1@gmail.comКибзунА. И.KibzunA. I.

Андрей И. Кибзун – доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой

тел. +7 (499) 158-45-60

Andrey I. Kibzun, Doctor of Physics and Mathematics, Professor, Head of Department, phone: +7 (499) 158 45 60

kibzun@mail.ruНовожиловЕ. О.NovozhilovE. O.

Евгений О. Новожилов – кандидат технических наук, начальник отдела

тел. +7 (495) 967-77-02

Evgeny O. Novozhilov, Candidate of Engineering, Head of Unit, phone: +7 495 967 77 02

eo.novozhilov@vniias.ruАО «НИИАС»РоссияJSC NIIASRussian FederationМосковский авиационный институтРоссияMoscow Aviation InstituteRussian Federation2019170920191934046Copyright © Шубинский И.Б., Замышляев А.М., Игнатов А.Н., Кибзун А.И., Новожилов Е.О., 20192019Шубинский И.Б., Замышляев А.М., Игнатов А.Н., Кибзун А.И., Новожилов Е.О.Shubinsky I.B., Zamyshliaev A.M., Ignatov A.N., Kibzun A.I., Novozhilov E.O.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.dependability.ru/jour/article/view/333

Цель. По данным протоколов расследования крушений/сходов с рельсов вагонов грузовых поездов в 2013-2016 гг. на сети железных дорог Российской Федерации при поездной работе сходы и крушения наиболее часто происходят по причине неисправности подвижного состава, и около трети этих сходов произошло вследствие излома боковой рамы тележки вагона. Причем среднее количество сошедших единиц подвижного состава равно 4,16 в случае сходов с рельсов по причине излома боковой рамы против 1,73 в случае сходов с рельсов из-за прочих неисправностей подвижного состава. Ранее была разработана методика, позволяющая принять решение о выбраковке определенной партии боковых рам. В то же время боковые рамы из партий, не подлежащих выбраковке, с течением времени могут изломаться. В этой связи актуальной представляется разработка методики, на основании которой можно было бы своевременно отцепить вагон в капитальный/деповской ремонт для предотвращения излома боковой рамы. Для этой цели стоит рассмотреть факторные модели оценки опасности возникновения излома. В качестве таких факторов могут выступать количество километров от последнего пункта технического обслуживания (ПТО), а также количество километров и количество дней до следующего планируемого капитального/деповского ремонта. А в качестве количественной характеристики опасности излома боковой рамы можно использовать вероятность излома боковой рамы. Однако оценка вероятности, например, в форме частоты, излома боковой рамы возможна только при наличии наблюдений, когда излом или критический дефект боковой рамы не происходил, которые не ведутся. Поэтому следует разработать индекс опасности излома боковой рамы. Так как управление частотой появления вагона на ПТО сложноосуществимо, то индекс опасности должен зависеть только от количества дней и километров до ремонта. На основе построенного индекса надо построить зоны (не)допустимых значений факторов с целью принятия решения об отцепке вагона в ремонт, если у осмотрщика вагонов на ПТО возникают сомнения в целесообразности отцепки. Методы. В работе использовались методы математического программирования. Результаты. Выводы. Был построен индекс влияния, который характеризует опасность излома боковой рамы вагона грузового поезда в зависимости от оставшегося количества дней и километров до планового ремонта вагона. На основе данного индекса были предложены две методики построения зон (не)допустимых значений факторов. Первая методика строилась на основе значений индекса влияния. Вторая строилась на основе фиксации некоторых параметров зон (не)допустимых значений факторов и выборе среди всех зон наилучших с точки зрения наименьшей опасности излома боковой рамы. Данный выбор был осуществлен путем решения задач смешанного целочисленного программирования с квадратичным ограничением.

Aim. According to the Russian freight car crash/derailment investigation records for the period between 2013 and 2016., derailments and crashes during train operations were mostly caused by rolling stock malfunctions, while about a third of such derailments were due to bogie solebar fracture. The average number of derailed units of rolling stock is 4.16 in case of derailment due to solebar fracture against 1.73 in case of derailments due to other rolling stock malfunctions. Previously, a method was developed that allows making decisions to discard a batch of solebars. On the other hand, solebars from batches exempt from discarding can be subject to fractures over time. In this context, it appears to be of relevance to develop a method that would enable timely uncoupling of a car for its submission to depot/full repairs in order to avoid solebar fracture. For this purpose, factor models of fracture hazard estimation should be considered. Such factors may include the number of kilometers travelled from the last maintenance depot (MD), as well as the number of kilometers and days until the next scheduled full/depot repairs. The probability of solebar fracture can be used as the quantitative characteristic of the hazard of solebar fracture. However, probability estimation in the form of, for instance, the frequency of solebar fracture is only possible when observation data is available on when fracture or critical defect of solebar did not occur, yet such data is not collected. Therefore, the hazard index of solebar fracture should be developed. As it is difficult to manage the frequency of car submission to MD, the hazard index must depend only on the number of days and kilometers to repairs. Using the constructed index, the ranges of (non) acceptable factor values must be defined in order to enable decision-making regarding car uncoupling and submission to repairs, should the MD car inspector have doubts regarding the necessity of uncoupling. Methods. Methods of mathematical programming were used in this paper. Results. Conclusions. An impact index was built that characterizes the probability of freight car solebar fracture depending on the number of days and kilometers until the next scheduled repairs of such car. Based on that index, two methods of definition of ranges of (non)acceptable factor values were proposed. The first method was based on the values of the impact index. The second one was based on the identification of some parameters of ranges of (non)acceptable factor values and selection – out of all ranges – of the best ones in terms the lowest hazard of solebar fracture. Such selection was made by solving problems of mixed integer programming with quadratic constraint.

рисксход с рельсовизлом боковой рамыиндекс влиянияиндекс опасностиriskderailmentsolebar fractureimpact indexhazard indexРезультаты работы получены при поддержке РФФИ и ОАО «РЖД» в рамках научного проекта № 17-20-03050 офи_м_РЖДThe deliverables were obtained with the support of the Russian Foundation for Basic Research and JSC RZD within the framework of research project no. 17-20-03050 ofi_m_RZDReferencesГОСТ 33433-2015. Безопасность функциональная. Управление рисками на железнодорожном транспорте [Текст]. – Введ. 2016–09–01. – М.: Стандартинформ, 2016. – 39 с.GOST 33433-2015. Functional safety. Risk management on railway transport. Moscow: Standartinform; 2016 [in Russian].Новожилов Е.О. Принципы построения матрицы рисков [Текст] / Е.О. Новожилов // Надежность. – 2015. – № 3. – C. 73-86.Novozhilov EO. Guidelines for construction of a risk matrix. Dependability 2015;3:80-86.Liu X. Analysis of U.S. freight-train derailment severity using zero-truncated negative binomial regression and quantile regression [Text] /X. Liu, M.R. Saat, X. Qin, C.P.L. Barkan // Accident Analysis and Prevention. – 2013. – Vol. 59. – P. 87-93.Liu X, Saat MR, Qin X, Barkan CPL. Analysis of U.S. freight-train derailment severity using zero-truncated negative binomial regression and quantile regression. Accident Analysis and Prevention 2013;59:87-93.BagheriM. Reducing the threat of in-transit derailments involving dangerous goods through effective placement along the train consist [Text] / M. Bagheri, F. Saccomanno, S. Chenouri, L.P. Fu // Accident Analysis and Prevention. – 2011. – Vol. 43. – P. 613–620.Bagheri M, Saccomanno F, Chenouri S, Fu LP. Reducing the threat of in-transit derailments involving dangerous goods through effective placement along the train consist. Accident Analysis and Prevention 2011;43:613-620.Замышляев А.М. Построение функциональной зависимости между рядом распределения количества вагонов в сходе и различными факторами движения [Текст] / А.М. Замышляев, А.Н. Игнатов, А.И. Кибзун, Е.О. Новожилов // Надежность. 2018. №1. С. 53-60.Zamyshliaev AM, Ignatov AN, Kibzun AI, Novozhilov EO. Functional dependency between the number of wagons derailed due to wagon or track defects and the traffic factors. Dependability 2018;18(1):53-60.Anderson R.T. Derailment probability analysis and modeling of mainline freight trains [Text] / R.T. Anderson, C.P.L. Barkan // Proceedings of the 8th International Heavy Haul Conference, International Heavy Haul Association, Rio de Janeiro. – 2005. – P. 491-497.Anderson RT, Barkan CPL. Derailment probability analysis and modeling of mainline freight trains. Proceedings of the 8th International Heavy Haul Conference, International Heavy Haul Association, Rio de Janeiro; 2005. p. 491-497.Schafer D.H. Effect of Train Length on Railroad Accidents and a Quantitative Analysis of Factors Affecting Broken Rails. MS thesis [Text] / D.H. Schafer. – University of Illinois at Urbana–Champaign, 2006.Schafer DH. Effect of Train Length on Railroad Accidents and a Quantitative Analysis of Factors Affecting Broken Rails. MS thesis. University of Illinois at Urbana– Champaign; 2006.Замышляев А.М. Статистическая оценка опасности возникновения происшествий на железнодорожномтранспорте [Текст] / А.М. Замышляев, Ю.С. Кан, А.И. Кибзун, И.Б. Шубинский // Надежность. – 2012. – № 2. – С. 104-117.Zamyshliaev AM, Kan YuS, Kibzun AI, Shubinsky IB. Statisticheskaya otsenka opasnosti vozniknoveniya proisshestviy na zheleznodorozhnom transporte [Statistical evaluation of accident hazard in railway transportation]. Dependability 2012;2:104-117 [in Russian].Лукин В.В. Расчет боковой рамы и надрессорной балки тележки грузового вагона методом конечных элементов [Текст] / В.В. Лукин, А.О. Бельский // Известия Транссиба. – 2013. – Т. 13. – № 1. – C. 7-12.Lukin VV, Belsky AO. Calculation of the side frame and bolster freight car bogie finite element method. The Trans-Siberian Bulletin 2013;1(13):7-12 [in Russian].Галиев И.И. Причины нарушения безопасности движения грузовых вагонов в эксплуатации [Текст] / И.И. Галиев и др. // Известия Транссиба. – 2013. – Т. 15. – № 3. – C. 133-141.Galiev II, Nikolaev VA, Sergeyev BB, Samohvalov EA, Loucks DY. The reasons for violations of traffic safety of freight cars in operation. The Trans-Siberian Bulletin 2013:3(15):133-141 [in Russian].Kim J.S. Durability evaluation of a composite bogie frame with bow-shaped side beams [Text] / J.S. Kim, K.B. Shin, H.J. Yoon, W.G. Lee // Journal of Mechanical Science and Technology. – 2012. – Vol. 26. – No. 2. – P. 531 536.Kim JS, Shin KB, Yoon HJ, Lee WG. Durability evaluation of a composite bogie frame with bow-shaped side beams. Journal of Mechanical Science and Technology 2012;26(2):531-536.Методика отнесения грузовых вагонов к категории со сниженным уровнем эксплуатационной безопасности по показателям надежности и функциональной безопасности литых деталей тележек (рам боковых). Согласовано Комиссией Совета по железнодорожному транспорту по вопросам безопасности движения на железнодорожном транспорте. Протокол № 1 от «6-7» июня 2013 года. Согласовано Комиссией Совета по железнодорожному транспорту полномочных специалистов вагонного хозяйства железнодорожных администраций. Протокол № 55 от «19-21» февраля 2013 года.Method of categorization of freight cars as having reduced operational safety in terms of dependability and safety of cast parts of bogies (solebars). Approved by the Commission for Rail Traffic Safety of the Railway Transportation Council. Proceedings no. 1 of June 6-7, 2013. Approved by the Commission of Authorized Rolling Stock Specialists of Railway Administrations of the Railway Transportation Council. Proceedings no. 55 of February 19-21, 2013.Положение о системе технического обслуживания и ремонта грузовых вагонов, допущенных в обращение на железнодорожные пути общего пользования в международном сообщении. Утверждено протоколом пятьдесят седьмого заседания Совета по железнодорожному транспорту государств-участников Содружества 16-17 октября 2012 г.Regulations on the service and repair system of freight cars cleared for operation in public tracks on international routes. Approved by the Proceedings of the FiftySeventh Meeting of the Railway Transportation Council of the Members of the Commonwealth of Independent States, October 16-17, 2012.Кибзун А.И. Методика организации профилактики транспортного происшествия [Текст] / А.И. Кибзун, А.Н. Игнатов // Труды второй научно-технической конференции «Интеллектуальные системы управления на железнодорожном транспорте ИСУЖТ-2013». – 2013. – С. 177-179.Kibzun AI, Ignatov AN. Metodika organizatsii profilaktiki transportnogo proisshestviya [Method of organization of transportation accident prevention]. In: Proceedings of the Second Science and Engineering Conference Intelligent Control Systems in Railway Transportation ISUZhT 2013; 2013. p. 177-179.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.