Дипломная (вкр): Автоматизация инженерных расчетов в путевом хозяйстве

Автоматизация инженерных расчетов в путевом хозяйстве

Содержание

Введение

. Надежность пути. Основные положения расчета пути на прочность, устойчивость и расчета затрат труда

1.1 Общие положения

.2 Методика расчета пути на прочность. Исходные и основные положения

.3 Обоснование разработки новой автоматизированной программы «Расчет пути на прочность от воздействия локомотивов»

.3.1 Описание существующей программы

.3.2 Обоснование замены старой существующей программы новой

.4 Основные теоретические сведения о расчете пути на прочность и устойчивость

.5 Составление ведомости затрат труда по техническим нормам. Определение поправочных коэффициентов

2. Постановка задачи на создание новой автоматизированной программы «Расчет пути на прочность и устойчивость»

2.1 Постановка задачи

.2 Анализ и разработка алгоритма решения задачи

.3 Расчет пути на устойчивость

.4 Задачи при создании программы «затрат труда по техническим нормам»

3. Описание процесса разработки новой автоматизированной программы «Расчет пути на прочность и устойчивость» и «Расчет затрат труда по техническим нормам»

3.1 Структурирование входных данных, разработка БД для программы «расчет пути на прочность и устойчивость»

.2 Разработка программного обеспечения по расчету пути на прочность и устойчивость

.3 Разработка программного обеспечения по расчету затрат труда по техническим нормам

4. Апробация автоматизированных программ

4.1 Формирование тестового задания по расчёту пути на прочность

.2 Ручной расчет по тестовому заданию

.3 Расчет тестового задания старой и новой версиями программы по расчету железнодорожного пути на прочность

.4 Оценка результатов расчета тестового задания

.5 Апробация расчета на устойчивость

.5.1 Ручной расчёт

4.5.2 Результат программного расчёта

4.5.3 Оценка результатов расчета тестового задания

.6 Апробация расчета затрат труда

.6.1 Ручной расчёт

.6.2 Программный расчёт

.6.3 Оценка результатов расчетов

5. Охрана труда. Анализ и оценка рисков воздействующих на работников

5.1 Анализ и оценка рисков воздействующих на работников

6. Основные положения расчёта стоимости ПО

6.1 Исходные данные

.2 Определение объема программного обеспечения

.3 Расчет трудоемкости программного обеспечения

.4 Расчет заработной платы разработчиков ПО

.6 Расчет отчислений, налогов и затрат

.6 Расчет себестоимости, отпускной цены и прибыли

Заключение

Список использованных источников

Приложение

Введение

Путевые хозяйства Республики Беларусь и стран ближнего зарубежья ставят перед собой задачу эффективного управления прочностью и надёжностью железнодорожного пути. Данная проблема является актуальной ввиду ежегодного использования железными дорогами огромного количества дорогих материалов, в том числе высококачественной стали для рельсов и колёс.

Из-за жёсткой насадки колёс на оси (невозможности автономного проворачивания) в зонах их контактов с рельсами в кривых участках пути неизбежно происходит продольное скольжение контактирующих поверхностей колёс и рельсов при контактных напряжениях, превышающих предел текучести рельсового металла. Поэтому проблема повышения (управления) прочности и надёжности пути актуальна на дорогах Беларуси и за рубежом.

Современный уровень развития физики, благодаря широкому использованию аппарата математики и механики, а также результатов сложных опытов, позволяет вплотную подойти к непосредственному изучению атомарного механизма деформирования и разрушения элементов пути. Оценка прочности пути в инженерном понимании сводится к расчету факторов-производных от динамических эффектов и статического взаимодействия подвижного состава и пути, которые собственно и ограничивают несущую способность конструкции.

В настоящее время не существует строгой научной интерпретации способов управления прочностью и надёжностью пути. Решается данная проблема посредством применения аппаратов таких наук как строительная механика, теория упругости, механики грунтов, механики разрушения и динамики разрушения деформируемого тела. С помощью аппаратов данных наук можно произвести необходимые расчёты, которые в дальнейшем подвергаются программированию. В полученные программы закладывается нормативная база допускаемых величин тех или иных параметров. С помощью таких программных пакетов можно максимально приближенно спрогнозировать поведение участка железнодорожного пути с заданными верхним и нижним строением, под воздействием локомотива того или иного типа. На данное время, используемый программный пакет на кафедре «Строительство и эксплуатация дорог» (СиД) не удовлетворяет современным требованиям, не позволяет расширять базы данных, редактировать данные по строению пути, нет возможности формировать отчетность и рассчитывать все требуемы параметры.

Комплексный проект направлен на создание программ для кафедры СиД, которые автоматизируют необходимые для них расчеты и составление отчетов, которые производились вручную, и включает в себя:

·   Автоматизированное приложение «Расчет пути на прочность и устойчивость»

·        Автоматизированное приложение «Расчет затрат труда по техническим нормам»

·        Автоматизированное приложение «Составление ПУ-74»

·        Автоматизированное приложение «Проектирование стрелочного перевода»

·        Автоматизированное приложение «Составление графика строительства новой железной дороги»

В данном дипломном проекте реализованы две из них:

·   Автоматизированное приложение «Расчет пути на прочность и устойчивость»

·        Автоматизированное приложение «Расчет затрат труда по техническим нормам»

1. Надежность пути. Основные положения расчета пути на прочность, устойчивость и расчета затрат труда

.1 Общие положения

Надежность пути - это его свойство сохранять (в установленных пределах) значения параметров, характеризующих способность пути выполнять требуемые функции (бесперебойный и безопасный пропуск поездов с установленной скоростью) в заданных условиях эксплуатации и технического обслуживания (текущего содержания и ремонтов) [17]. Все существующие конструкции пути эксплуатируются в условиях накопления местных пластических деформаций и других повреждений практически во всех элементах: в верхней части головки рельсов, в прокладках между рельсами и шпалами, в шпалах под подкладками и в зонах их контактов со щебенками, в балластном слое и в верхней части земляного полотна.

Кроме того, в процессе эксплуатации истираются (изнашиваются) контактные зоны элементов пути; ослабляются соединения рельсов со шпалами; снижается несущая способность шпал вследствие старения; образуются "выплески" и ослабление балластного слоя из-за его засорения; накапливаются расстройства пути в плане, профиле и по ширине колеи, а в рельсах (особенно в верхней части их головки и в шейке в зонах накладок) накапливаются и развиваются усталостные трещины. Скорость развития всех указанных процессов нелинейно возрастает с увеличением наработки тоннажа после капитального ремонта пути (обновления верхнего строения).

Основные положения по надежности в технике регламентированы в межотраслевом масштабе и изданных в последние годы стандартах, а также методике расчета надежности пути с учетом постепенных отказов [18].

Отказ (повреждение) железнодорожного пути в каком-либо одном месте не означает отказа пути в целом. В некотором смысле аналогом железнодорожного пути как объекта прочности являются автомобильные дороги. Но имеются принципиальные особенности железнодорожного пути по сравнению с автомобильной дорогой.

Во-первых, железнодорожные колеса насажены жестко на оси и не могут вращаться автономно при движении по кривым, как автомобильные. Поэтому при движении по кривым участкам пути железнодорожные колеса осуществляют не только вертикальное воздействие на рельсы, но и горизонтальное, обусловленное неизбежным продольным скольжением, из-за различия длин наружной и внутренней рельсовых нитей с одной стороны и развернутых кругов катания колес, следующих по наружной и внутренней нити, с другой.

Во-вторых, динамические добавки к весу движущегося экипажа, обусловленные неровностями на дороге, на автомобильном транспорте амортизируются пневматическими шинами в зоне контакта колес с дорогой. Железнодорожные колеса имеют жесткий контакт с головкой рельса при чрезвычайно больших динамических нагрузках в зоне контакта (более 20 тс) и малой площади контакта (менее 2 см). Поэтому в зонах контакта колес и рельсов возникают пластические деформации металла (наклеп). В элементах подрельсового основания (балласте и земляном полотне) из-за вибрационного динамического воздействия, обусловленного неровностями на колесах и рельсах, накапливаются остаточные деформации.

В-третьих, на автомобильном транспорте повышают прочность дороги путем увеличения ее жесткости применением бетонных покрытий, а амортизацию (снижение) динамических воздействий колес из-за неровностей дороги осуществляют за счет экипажей (пневматические колеса и рессорное подвешивание кузова). На железных дорогах такой возможности амортизации нет. Поэтому снижение динамических добавок сил осуществляют в основном своевременной обточкой колес с неровностями и шлифовкой рельсов. Одним из мероприятий по снижению динамических добавок может быть шлифовка рельсов после пропуска 10-15 млн. т брутто груза, и обтачивание колес экипажа после превышения проката (износа по среднему кругу катания) 2,5 мм. На железной дороге Беларуси норматив допускаемого износа колес грузовых вагонов не более 9 мм.

В-четвертых, на железных дорогах в последнее десятилетие существенно возросли горизонтальные боковые воздействия гребней колес на головку рельса, особенно в кривых участках, что приводит в ряде случаев к распору колеи из-за наклона рельса с провалом противоположного колеса. Это случается на участках пути с костыльным скреплением при жестком торможении длинносоставных и тяжеловесных поездов.

Как видно все вышеперечисленные факторы негативно воздействуют на железнодорожный путь снижая прочностные характеристики. Поэтому необходимо подойти к рассмотрению всех данных факторов с точки зрения положений научных дисциплин, занимающихся оценкой прочности железнодорожного пути.

Сопротивление железнодорожного пути деформированию и разрушению определяется сложными процессами, характер протекания которых зависит от природы и физического состояния элементов пути, вида и режима механического нагружения, температурных условий, среда и многих других факторов.

Современный уровень развития физики, благодаря широкому использованию аппарата математики и механики, а также результатов сложных опытов, позволяет вплотную подойти к непосредственному изучению атомарного механизма деформирования и разрушения элементов пути [5]. Оценка прочности пути в инженерном понимании сводится к расчету факторов, лимитирующих несущую способность конструкции. Такими факторами являются: значительное (недопустимое) формоизменение, разрушение элементов пути при еще допустимых деформациях от превышения допускаемого значения нагрузки, постепенное разрушение вследствие износа или вредного воздействия среды, а также в результате ползучести или усталости материала элементов пути, превышение максимальных допустимых упругих деформаций или перемещений пути и его элементов, потери устойчивости и т.п. в дальнейшем под определением «прочности пути» понимается установление предельных (допускаемых) напряженных или деформированных состояний, при которых наступает недопустимая деформация или течение (разрушение) материала несущих элементов пути. Современная механика разрушения не приемлет для расчетов пути теории прочности, основанные на механике сплошной среды. Согласно [3, 1] оценка несущей способности реальной конструкции (в том числе и железнодорожного пути) расчетным способом при разовом воздействии максимальной статической нагрузки пока оказывается возможной лишь при использовании той или иной, так называемой, классической (феноменологической) теории прочности, основанной на методах механики сплошной среды. При этом принимается [1, 3, 5], что материал элементов конструкции является сплошным, изотропным и бездефектным. Согласно [3] для определения условия локального разрушения (пластической микродеформации, микротрещины) пользуются феноменологическими теориями прочности, в которых отсутствуют параметры, характеризующие структурные несовершенства материала (размеры трещины, величина зерен или пор и т п.).

1.2 Методика расчета пути на прочность. Исходные и основные положения

Процедуре расчета пути на прочность предшествует процесс выбора методики основанной на положениях научных дисциплин, применяемых при оценке прочности пути, и взятой за основу расчета. Методика в данном ее рассмотрении будет складываться из способов, расчета отдельных элементов верхнего строения пути. Каждый способ пройдет через мониторинг, в ходе которого будет сформировано суждение об объектах пути, которые охватывает тот или иной способ, как об объектах прочности на основании анализа небольшого количества характеризующих элементы пути в прочностном отношении признаков. Использование небольшого количества признаков, характеризующих элементы пути, вызвано рядом допущений принимаемых при расчете, упрощающих его и не влияющих на конечный результат расчета.

Методика имеет следующие предпосылки и допущения:

. Рельс считается балкой бесконечно большой длины неизменного сечения, лежащей на сплошном однородном упругом (равноупругом) основании.

. Вертикальные силы считаются приложенными в плоскости симметрии рельса, т. е. не учитывается подуклонка рельсов.

З. Реакции основания считаются двусторонними, линейно зависящими от просадки основания (): предполагается, что подрельcовое основание сопротивляется не только давлению на него рельса, но и отрыву рельса от основания.

. Предполагается, что при движении колеса не отрываются от рельса (движение без удара). По ПТЭ допускается  до 0,7 - 2,0 мм (ползун).

. Характеристики пути (, ,  и др.) считаются детерминированными (неслучайными, постоянными) величинами.

. Рельс рассчитывается только на нормальные напряжения изгиба (не учитываются местные, в том числе контактные напряжения).

. Расчет ведется по допускаемым напряжениям. За допускаемое напряжение принимается гарантированный предел текучести рельсовой стали (условный предел текучести).

По данным испытаний на растяжение стандартных образцов диаметром 10 мм из рельсовой стали определяются средние напряжения  при остаточном удлинении образцов 0,2 %, а также их среднеквадратическое отклонение . Допускаемое напряжение  определяется как минимальное вероятное значение случайной величины с уровнем вероятности Ф = 0,999. Для незакаленных рельсов стандартного производства

 МПа

где  = 3,0 при Ф = 0,999 - нормирующий множитель, приводящий силу Р к уровню вероятности Ф, ее непревышения.