Đánh giá ảnh hưởng của độ tin cậy các thiết bị kỹ thuật tới hiệu quả hoạt động của hệ thống vận tải đường sắt

Bài viết đã thiết lập mô hình hoạt động của một khu đoạn đường sắt và đề xuất cơ sở đánh giá ảnh hưởng của độ tin cậy các thiết bị kỹ thuật tới hiệu quả hoạt động của toàn bộ hệ thống. Từ mô hình và cơ sở lý thuyết đề xuất, đã tiến hành đánh giá ảnh hưởng độ của tin cậy các thiết bị kỹ thuật một cách định lượng tới hiệu quả hoạt động của một khu đoạn đường sắt cụ thể.

Transport and Communications Science Journal, Vol 71, Issue (10/2020), 956-972 Transport and Communications Science Journal ASSESSMENT OF THE INFLUENCE OF TECHNICAL EQUIPMENT RELIABILITY ON THE PERFORMANCE OF RAILWAY TRANSPORT SYSTEM Do Duc Tuan1, Vu Van Hiep2, Than Duc Nam3 University of Transport and Communications, No Cau Giay Street, Hanoi, Vietnam University of Transport Technology, No 54 Trieu Khuc Street, Hanoi, Vietnam Gia Lam Train joint stock Company, No 551 Nguyen Van Cu, Ngoc Lam Street, Hanoi, Vietnam ARTICLE INFO TYPE: Research Article Received: 5/4/2020 Revised: 8/9/2020 Accepted: 8/9/2020 Published online: 28/10/2020 https://doi.org/10.47869/tcsj.71.8.7 * Corresponding author Email: ddtuan@utc.edu.vn; Tel: 0913905814 Abstract: The railway transport system is considered as a complex system composed of static technical equipment (infrastructure) such as railways, bridges, tunnels, signal information (TTTH) and mobile technical equipment such as rolling stock The equipment is considered as modules of the system During the operation, the failure of one of these modules will lead to breaking the timetable and interrupting the train operation At that time, the operation criteria and the reliability of the system will decline and the system performance will also decline eventually In order to solve the above problem, an operation model of a railway section has been established and a basis for assessing the influence of technical equipment reliability on the system performance has been also proposed Based on the proposed model and theoretical basis, we carried out assess quantitatively the influence of technical equipment reliability on the performance of a specific railway section Keywords: reliability, technical equipment, performance, railway section, railway transport © 2020 University of Transport and Communications 956 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải, Tập 71, Số (10/2020), 956-972 Tạp chí Khoa học Giao thơng Vận tải ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ TIN CẬY CÁC THIẾT BỊ KỸ THUẬT TỚI HIỆU QUẢ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG VẬN TẢI ĐƯỜNG SẮT Đỗ Đức Tuấn1, Vũ Văn Hiệp2, Thân Đức Nam3 Trường Đại học Giao thông vận tải, số Cầu Giấy, Hà Nội, Việt Nam Trường Đại học Công nghệ Giao thông vận tải, số 54 Triều Khúc, Hà Nội, Việt Nam Công ty Cổ phần Xe lửa Gia Lâm, 551 Nguyễn Văn Cừ, Ngọc Lâm, Long Biên, Hà Nội, Việt Nam THƠNG TIN BÀI BÁO CHUN MỤC: Cơng trình khoa học Ngày nhận bài: 5/4/2020 Ngày nhận sửa: 8/9/2020 Ngày chấp nhận đăng: 8/9/2020 Ngày xuất Online: 28/10/2020 https://doi.org/10.47869/tcsj.71.8.7 * Tác giả liên hệ Email: ddtuan@utc.edu.vn; Tel: 0903905814 Tóm tắt: Hệ thống vận tải đường sắt coi hệ thống phức hợp cấu thành từ thiết bị kỹ thuật cố định (cơ sở hạ tầng) đường sắt, cầu hầm, thơng tin tín hiệu (TTTH) thiết bị kỹ thuật di động phương tiện đầu máy, toa xe Các thiết bị coi phân hệ hệ thống Trong trình hoạt động, phân hệ bị hư hỏng dẫn đến phá vỡ biểu đồ chạy tàu gây gián đoạn chạy tàu, tiêu vận dụng độ tin cậy hệ thống bị suy giảm cuối hiệu hoạt động toàn hệ thống bị suy giảm Để giải vấn đề nêu, thiết lập mô hình hoạt động khu đoạn đường sắt đề xuất sở đánh giá ảnh hưởng độ tin cậy thiết bị kỹ thuật tới hiệu hoạt động tồn hệ thống Từ mơ hình sở lý thuyết đề xuất, tiến hành đánh giá ảnh hưởng độ tin cậy thiết bị kỹ thuật cách định lượng tới hiệu hoạt động khu đoạn đường sắt cụ thể Từ khóa: độ tin cậy, thiết bị kỹ thuật, hiệu hoạt động, khu đoạn đường sắt, vận tải đường sắt © 2020 Trường Đại học Giao thơng vận tải 957 Transport and Communications Science Journal, Vol 71, Issue (10/2020), 956-972 ĐẶT VẤN ĐỀ Hệ thống vận tải đường sắt coi hệ thống phức hợp cấu thành từ trang thiết bị cố định: đường sắt, cầu hầm, thơng tín tín hiệu, trang thiết bị động: phương tiện đầu máy, toa xe Trong trình hoạt động, thiết bị kỹ thuật bị hư hỏng, dẫn đến q trình chạy tàu bị gián đoạn hay nói khác, biểu đồ chạy tàu bị phá vỡ Mặt khác, xảy hư hỏng, tiêu độ tin cậy chúng bị suy giảm ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu hoạt động hệ thống vận tải đường sắt Vì vậy, cần nghiên cứu xây dựng mơ hình hoạt động khu đoạn đường sắt tiến hành đánh giá ảnh hưởng độ tin cậy thiết bị kỹ thuật đến hiệu hoạt động cách định lượng Biết mức độ ảnh hưởng hư hỏng thiết bị kỹ thuật tới chất lượng hoạt động hiệu khu đoạn mối tương quan tiêu với kỳ vọng toán thời gian làm việc tới hỏng thời gian khơi phục chạy tàu, lập kế hoạch tiến hành giải pháp kinh tế-kỹ thuật hợp lý cho việc nâng cao mức độ tin cậy thiết bị kỹ thuật Ngoài ra, xuất phát từ đặc điểm sử dụng thiết bị kỹ thuật đường sắt, có thề đề yêu cầu đơn vị ngành việc đảm bảo mức tin cậy cho trước thiết bị kỹ thuật điều kiện kỹ thuật khai thác cụ thể Ở nước ngồi có số cơng trình liên quan đến vấn đề đánh gıá ảnh hưởng độ tın cậy thıết bị kỹ thuật tớı hıệu hoạt động hệ thống khác [1,2,3] hệ thống vận tảı đường sắt nói riêng [4] Ở Việt Nam, có cơng trình bước đầu đề cập đến vấn đề [5], chưa đầy đủ tồn diện.Vì vậy, nghiên cứu nhằm kế thừa bổ sung lý thuyết thực tiễn, nhằm bước áp dụng vào thực tế sản xuất ngành đường sắt Việt Nam MƠ HÌNH HOẠT ĐỘNG TỔNG QT CỦA MỘT KHU ĐOẠN ĐƯỜNG SẮT Năng lực thông qua khu đoạn đường sắt phụ thuộc vào mặt trắc dọc đường, trang thiết bị kỹ thuật, phương pháp tổ chức chạy tàu tính số đơi tàu ngày đêm Khu đoạn đường sắt nằm hai ga khu đoạn ga khu đoạn ga lập tàu coi hệ thống phức hợp, bao gồm trang thiết bị cố định di động, có chức vận chuyển hành khách hàng hóa Các trang thiết bị nói coi phân hệ hệ thống, có chức thực khối lượng vận chuyển cho trước khoảng thời gian xác định mà không xảy gián đoạn (trở ngại) chạy tàu Đây hệ thống đơn chức năng, hoạt động rời rạc không gian liên tục thời gian, khả làm việc hồn tồn (Hht) phần (Hmp), điều dẫn đến giảm tương ứng mức chất lượng hoạt động hiệu đầu hệ thống Do hư hỏng phân hệ riêng biệt cấu thành hệ thống vận tải đường sắt, dẫn đến phải phong toả khu gian định, biểu đồ chạy tàu khu đoạn bị phá vỡ, lực thông qua lực vận chuyển giảm xuống, dẫn đến chất lượng hoạt động hiệu cuối giảm xuống Mức độ chất lượng hoạt động khu đoạn đường sắt xác định tỷ số tiêu chất lượng hoạt động hệ thống trạng thái xét với tiêu chất lượng hoạt động trạng thái làm việc lý tưởng Trong trường hợp này, độ tin cậy làm việc khu đoạn đường sắt hiểu độ ổn định tiêu chất lượng hiệu hoạt động Độ ổn định tiêu ảnh hưởng tới chất lượng hoạt động chung khu đoạn đường sắt, phụ thuộc vào độ tin cậy trang thiết bị kỹ thuật đặc trưng cho độ tin cậy tổng thể khu đoạn Đối với khu đoạn đường sắt, tiêu tương đối chất lượng hoạt động xác 958 Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, Tập 71, Số (10/2020), 956-972 định tỷ số lực thông qua thực tế với lực thơng qua độ tin cậy tuyệt đối thiết bị kỹ thuật, cịn hiệu cuối khối lượng vận chuyển, doanh thu lợi nhuận thu vận chuyển hành khách hàng hoá Theo quan điểm lý thuyết độ tin cậy [1-3, 5-10], tất phân hệ hệ thống coi liên kết nối tiếp với nhau, có nghĩa hư hỏng hoàn toàn số phân hệ làm cho tồn hệ thống bị hư hỏng (ngừng hoạt động) Thời gian làm việc lần hư hỏng phân hệ hệ thống thời gian phục hồi khả làm việc chúng đại lượng ngẫu nhiên Ở cần có số giả thiết sau [4,8]: - Các dòng hỏng dòng phục hồi hệ thống dịng đơn trị, có nghĩa thời điểm khơng có q phân hệ bị hư hỏng phục hồi xong; - Quá trình hoạt động hệ thống phân hệ q trình xác lập (q trình dừng), có nghĩa cường độ xuất hư hỏng thiết bị kỹ thuật không đổi theo thời gian, hay nói khác tuân theo luật phân bố mũ - Trên thực tế, hư hỏng thiết bị kỹ thuật ảnh hưởng tới khả làm việc thiết bị kỹ thuật khác, nhiên hư hỏng phân hệ coi đại lượng ngẫu nhiên độc lập - Việc phân chia phân hệ hệ thống hồn tồn có tính chất tương đối, phụ thuộc vào mục đích nghiên cứu cụ thể toán ban đầu đặt Khu đoạn đường sắt (hệ thống) nằm trạng thái làm việc (LV) đảm bảo thực 100% biểu đồ chạy tàu, trạng thái làm việc với hiệu giảm thấp phân hệ bị hư hỏng phần (Hmp), cuối nằm trạng thái không làm việc phân hệ bị hư hỏng hoàn toàn (Hht); cần tiến hành bảo dưỡng kỹ thuật sửa chữa định kỳ cho thiết bị cố định, khả thực biểu đồ chạy tàu 0% Ở không xét đến trạng thái mà tiến hành sửa chữa định kỳ cho thiết bị cố định mà xem xét trạng thái hư hỏng chúng Xét khu đoạn đường sắt khơng điện khí hóa, cách tương đối, phân chia trang thiết bị kỹ thuật thành phân hệ: - Phân hệ 1: Đầu máy; Phân hệ 2: Toa xe; Phân hệ 3: Đường sắt; Phân hệ 4: Cầu, hầm; Phân hệ 5: Thơng tin tín hiệu (TTTH) Trong q trình hoạt động, khu đoạn đường sắt nằm trạng thái sau đây: Trạng thái Trạng thái làm việc hệ thống: tất thiết bị kỹ thuật (các phân hệ) hồn hảo (khơng hỏng) sẵn sàng thực trình vận chuyển Trạng thái Hệ thống làm việc với hiệu thấp phân hệ (đầu máy) bị phần khả làm việc (làm việc chất lượng) Trạng thái Hệ thống khơng làm việc phân hệ (đầu máy) hoàn toàn khả làm việc (bị hư hỏng) Trạng thái Hệ thống làm việc với hiệu thấp phân hệ (toa xe) bị phần khả làm việc (làm việc chất lượng) Trạng thái Hệ thống không làm việc phân hệ (toa xe) hồn tồn khả làm việc (bị hư hỏng) Trạng thái Hệ thống làm việc với hiệu thấp phân hệ (đường sắt) bị phần khả làm việc (làm việc chất lượng) Trạng thái Hệ thống khơng làm việc phân hệ (đường sắt) hoàn toàn khả làm việc (bị hư hỏng) Trạng thái Hệ thống làm việc với hiệu thấp phân hệ (cầu, hầm) bị phần khả làm việc (làm việc chất lượng) Trạng thái Hệ thống không làm việc phân hệ (cầu, hầm) hồn tồn khả làm việc (bị hư hỏng) Trạng thái 10 Hệ thống không làm việc 959 Transport and Communications Science Journal, Vol 71, Issue (10/2020), 956-972 phân hệ (thơng tin tín hiệu) hồn tồn khả làm việc (bị hư hỏng) Việc chuyển tiếp hệ thống từ trạng thái sang trạng thái khác đặc trưng hư hỏng phục hồi phân hệ hệ thống Mỗi phân hệ thứ k đặc k trưng thời gian làm việc trung bình lần hỏng at( ) cường độ hỏng chuyển tiếp k trạng thái ij( k ) , thời gian phục hồi trung bình a( ) cường độ phục hồi chuyển tiếp trạng thái  (jik ) Theo lý thuyết độ tin cậy, hệ thống phần tử liên kết nối tiếp có phục hồi, hàm phân bố thời gian làm việc lần hỏng phân hệ thời gian phục hồi chúng tuân theo luật phân bố mũ có dạng [1-3, 5-10]: ( )), F ( ) = − exp ( −  ( ) ) , Fh( ) = − exp −ij( k k (1) k ph k ji (2) ij( k ) = với: ; at( k ) (3) a( k ) (4)  (jik ) = đó: Fh( k ) - hàm phân bố thời gian làm việc lần hỏng phân hệ thứ k; Fph( k ) - hàm k phân bố thời gian phục hồi phân hệ thứ k; at( ) - thời gian làm việc trung bình lần k k hỏng phân hệ thứ k; a( ) - thời gian phục hồi trung bình phân hệ thứ k; ij( ) - cường độ hỏng chuyển tiếp từ trạng thái i sang trạng thái j phân hệ thứ k;  (jik ) - cường độ phục hồi chuyển tiếp từ trạng thái j sang trạng thái i phân hệ thứ k Mơ hình trạng thái đầy đủ khu đoạn đường sắt thể hình Phân hệ Đầu máy Phân hệ Toa xe Phân hệ TTTH Phân hệ Đường sắt Phân hệ Cầu, hầm Hình Mơ hình trạng thái đầy đủ khu đoạn đường sắt Khi cường độ chuyển tiếp trạng thái khu đoạn (của hệ thống) sau: 960 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải, Tập 71, Số (10/2020), 956-972 Đối với phân hệ (đầu máy): 12PH = 12(1) - cường độ hỏng phân hệ (đầu máy) chuyển tiếp từ trạng thái (LV) sang trạng thái (Hmp); 23PH = 23( ) - cường độ hỏng phân hệ (đầu máy) chuyển tiếp từ trạng thái (Hmp) sang trạng thái (Hht); 13PH = 13( ) - cường độ hỏng phân hệ (đầu máy) chuyển tiếp từ trạng thái (LV) sang trạng thái (Hht)  21PH =  21(1) - cường độ phục hồi phân hệ (đầu máy) chuyển tiếp từ trạng thái (Hmp) sang trạng thái (LV); 32PH = 32( ) - cường độ phục hồi phân hệ (đầu máy) chuyển tiếp từ trạng thái (Hht) sang trạng thái (Hmp); 31PH = 31( ) - cường độ phục hồi phân hệ (đầu máy) chuyển tiếp từ trạng thái (Hht) sang trạng thái (LV) Đối với phân hệ (toa xe): 14PH = 14( 2) - cường độ hỏng phân hệ (toa xe) chuyển tiếp từ trạng thái (LV) sang trạng thái (Hmp); 45PH = 45( ) - cường độ hỏng phân hệ (toa xe) chuyển tiếp từ trạng thái (Hmp) sang trạng thái (Hht); 15PH = 15( ) - cường độ hỏng phân hệ (toa xe) chuyển tiếp từ trạng thái (LV) sang trạng thái (Hht)  41PH =  41( 2) - cường độ phục hồi phân hệ (toa xe) chuyển tiếp từ trạng thái (Hmp) ( 2) sang trạng thái (LV); 54PH = 54 - cường độ phục hồi phân hệ (toa xe) chuyển tiếp từ ( 2) trạng thái (Hht) sang trạng thái (Hmp); 51PH = 51 - cường độ phục hồi phân hệ (toa xe) chuyển tiếp từ trạng thái (Hht) sang trạng thái (LV) Đối với phân hệ (đường sắt): 16PH = 16(3) - cường độ hỏng phân hệ (đường sắt) chuyển tiếp từ trạng thái (LV) sang trạng thái (Hmp); 67PH = 67( ) - cường độ hỏng phân hệ (đường sắt) chuyển tiếp từ trạng thái (Hmp) sang trạng thái (Hht); 17PH = 17( ) - cường độ hỏng phân hệ (đường sắt) chuyển tiếp từ trạng thái 1(LV) sang trạng thái (Hht)  61PH = 61( 3) - cường độ phục hồi của phân hệ (đường sắt) chuyển tiếp từ trạng thái ( 3) (Hmp) sang trạng thái (LV);  76PH =  76 - cường độ phục hồi của phân hệ (đường sắt) ( 3) chuyển tiếp từ trạng thái (Hht) sang trạng thái (Hmp);  71PH =  71 - cường độ phục hồi của phân hệ (đường sắt) chuyển tiếp từ trạng thái (Hht) sang trạng thái (LV) Đối với phân hệ (cầu, hầm): 18PH = 18( 4) - cường độ hỏng phân hệ (cầu, hầm) chuyển tiếp từ trạng thái (LV) sang trạng thái (Hmp); 89PH = 89( ) - cường độ hỏng phân hệ (cầu, hầm) chuyển tiếp từ trạng thái (Hmp) sang trạng thái (Hht); 19PH = 19( ) - cường độ hỏng phân hệ (cầu, hầm) chuyển tiếp từ trạng thái (LV) sang trạng thái (Hht) 81PH = 81( 4) - cường độ phục hồi phân hệ (cầu, hầm) chuyển tiếp từ trạng thái ( 4) (Hmp) sang trạng thái (LV); 98PH = 98 - cường độ phục hồi phân hệ (cầu, hầm) ( 4) chuyển tiếp từ trạng thái (Hht) sang trạng thái (Hmp); 91PH = 91 - cường độ phục hồi phân hệ (cầu, hầm) chuyển tiếp từ trạng thái (Hht) sang trạng thái (LV); 961 Transport and Communications Science Journal, Vol 71, Issue (10/2020), 956-972 Đối với phân hệ (thơng tin tín hiệu): Người ta quy ước hệ thống TTTH khơng có trạng thái hỏng phần (Hmp), ln coi có hai trạng thái LV Hht [4] Khi đó: ( 5) PH 110 = 110 - cường độ hỏng phân hệ (TTTH) chuyển tiếp từ trạng thái (LV) sang ( 5) PH = 101 trạng thái 10 (Hht); 101 - cường độ hỏng phân hệ (TTTH) chuyển tiếp từ trạng thái 10 (Hht) sang trạng thái (LV) Với mơ hình trạng thái đầy đủ vậy, từ phương pháp nghiên cứu [1-4], ta thiết lập ma trận cường độ chuyển tiếp trạng thái sau: 10 −  ij j =2 21(1) 31(1) ( 12(1) () − 21 + 23( ) 1 ) ( 13(1) 14( 2) 15( 2) 16(3) 17(3) 18( 4) 19( 4) ( 5) 110 23(1) 0 0 0 0 0 0 45( 2) 0 0 0 0 0 67(3) 0 0 0 89( 4) () () − 31 + 32 1 ) ( )  41( ) 0  51( ) 0  61( 3) 0 0  71( 3) 0 0 81( ) 0 0 0 − 81( ) + 89( )  91( ) 0 0 0 ( 5) 101 0 0 0 −  ( 2) 41 ( 2) 45 + ( ( ) ( ) − 51 + 54 2 ) ( ( ) − 61 + 67( ) 3 ) ( ( ) ( ) − 71 + 76 3 ) ( 4 ) ( ( ) ( ) − 91 + 98 4 ) CƠ SỞ ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ TIN CẬY CÁC THIẾT BỊ KỸ THUẬT TỚI CHẤT LƯỢNG VÀ HIỆU QUẢ CỦA HỆ THỐNG VẬN TẢI ĐƯỜNG SẮT Để đơn giản hoá toán, từ mơ hình trạng thái đầy đủ đây, ta xét khu đoạn đường sắt nằm trạng thái làm việc (1) trạng thái không làm việc (3,5,7,9,10) hư hỏng hoàn toàn phân hệ (đầu máy), phân hệ (toa xe), phân hệ (đường sắt), phân hệ (cầu, hầm), phân hệ (TTTH) Mơ hình gọi mơ hình trạng thái giới hạn khu đoạn đường sắt, thể hình Phân hệ Phân hệ Đầu máy Toa xe Phân hệ TTTH Phân hệ Đường sắt Phân hệ Cầu, hầm Hình Mơ hình trạng thái giới hạn khu đoạn đường sắt Từ ma trận cường độ chuyển tiếp trạng thái đầy đủ, xác định ma trận cường độ chuyển tiếp trạng thái hệ thống trạng thái giới hạn sau [4,8]: 962 (5) ( ) − 101 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải, Tập 71, Số (10/2020), 956-972 ( ( ) − 13( ) + 15( ) + 17( ) + 19( ) + 110 ) 13(1) 15( 2) 17(3) 19( 4) (5) 110 31(1) () − 31 0 0 51( 2) ( ) − 51 0 71(3) 0 ( ) − 71 0 91( 4) 0 ( ) − 91 0 0 ( ) − 101 ( 5) 101 (6) Vì trình xét q trình "dừng" hệ phương trình tuyến tính xác định xác suất giới hạn để khu đoạn đường sắt nằm trạng thái xét viết dạng [4,8]: ( ) ( 5) ( 3) ( ) (5) (5) − 13(1) + 15( 2) + 17(3) + 19( 4) + 110 P1 + 31(1) P3(1) + 51( 2) P5( 2) + 71 P7 + 91( 4) P9( 4) + 101 P10 =   (1) (1) (1)  13 P1 − 31 P3 =  ( 2) ( 2) ( 2)  15 P1 − 51 P5 =  (7) ( 3) ( 3) ( )  17 P1 − 71 P7 =  19( 4) P1 − 91( 4) P9( 4) =   ( 5) ( 5) ( 5) 110 P1 − 101 P10 =  đó: P1 - xác xuất khu đoạn nằm trạng thái 1, trạng thái làm việc (độ tin cậy toàn hệ thống); P3( ) - xác xuất khu đoạn nằm trạng thái 3, trạng thái không làm việc hư hỏng phân hệ 1- đầu máy; P5( ) - xác xuất khu đoạn nằm trạng thái 5, trạng thái không làm việc hư hỏng phân hệ - toa xe; P7( ) - xác xuất khu đoạn nằm trạng thái 7, trạng thái không làm việc hư hỏng phân hệ - đường sắt; P9( ) - xác xuất khu đoạn nằm trạng thái 9, trạng thái không làm việc hư hỏng phân hệ - cầu hầm; P10( ) - xác xuất khu đoạn nằm trạng thái 10, trạng thái không làm việc hư hỏng phân hệ - TTTH k Giải hệ phương trình tuyến tính (3) với ẩn số Pi ( ) , i = 1,3,5,7,9,10 với điều kiện N  P( ) = 1, sau thay vào vị trí  ( ) i =1 k k i ij  (jik ) giá trị chúng, ta xác suất giới hạn hệ thống Khi biết giá trị xác suất giới hạn khu đoạn đường sắt nằm trạng thái kể trên, xác định tiêu chất lượng hoạt động tương đối theo cơng thức tổng qt sau [4]: N P (t ) =  n P( ) i =1 N k i i n i =1 963 P (k ) 0i 0i (8) Transport and Communications Science Journal, Vol 71, Issue (10/2020), 956-972 đó: N - số lượng trạng thái hệ thống; ni - lực thông qua khu đoạn trạng thái thứ i tương ứng với trường hợp có xét tới hư hỏng thiết bị kỹ thuật; n0i lực thông qua khu đoạn trạng thái thứ i tương ứng với trường hợp trạng thái tin k cậy tuyệt đối thiết bị kỹ thuật; Pi ( ) - xác suất giới hạn khu đoạn nằm trạng thái thứ i tương ứng với trường hợp có tính tới hư hỏng thiết bị kỹ thuật thứ k; Pi - xác suất giới hạn khu đoạn nằm trạng thái thứ i tương ứng với trường hợp trạng thái tin cậy tuyệt đối thiết bị kỹ thuật Hiệu đầu khu đoạn khoảng thời gian t tính theo cơng thức tổng qt [4]:  t1 , t2  = t  ( Qvcng Lkd )i Pi , N (9) i =1 đó: Qvcng - khối lượng vận chuyển khu đoạn ngày đêm, tấn; Lkd - chiều dài khu đoạn, km;  (Q N i =1 ng vc Lkd ) - khối lượng luân chuyển khu đoạn ngày đêm i nằm trạng thái thứ i ; t - khoảng thời gian cần đánh giá hiệu hoạt động, ngày đêm ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ TIN CẬY CÁC THIẾT BỊ KỸ THUẬT TỚI CHẤT LƯỢNG VÀ HIỆU QUẢ CỦA HỆ THỐNG VẬN TẢI ĐƯỜNG SẮT 4.1 Thiết lập toán Cho khu đoạn AB (Giáp Bát-Sóng Thần) có chiều dài Lkd = 1.700 km  Khối lượng vận chuyển hàng hóa AB theo hai hướng chẵn lẻ năm = 5,5 triệu nam h Đoàn tàu hàng gồm mh = 20 toa xe, toa xe có thơng số sau đây: Tự trọng: qtu = 20 tấn; Tải trọng: qtai = 30 tấn; Tổng trọng: qtong = 50 Giá cước vận chuyển hàng hóa ccuoc ,h = 500 đ/1t.km khơng bì Thời gian gián đoạn chạy tàu trung bình hư hỏng thiết bị kỹ thuật thời gian lần hỏng (cần xác định từ số liệu thống kê trở ngại chạy tàu ngành đường sắt khoảng thời gian xác định), giả định cho bảng để minh họa Bảng Thời gian gián đoạn trung bình chạy tàu (thời gian phục hồi) thời gian trung bình lần hư hỏng phân hệ thiết bị kỹ thuật TT Các tiêu Thời gian gián đoạn chạy tàu (thời gian phục hồi) trung bình hư hỏng thiết bị kỹ thuật (k ) a , h Thời gian trung bình lần xảy hư hỏng, a ( k ) , h t Phân hệ (đầu máy) a(1) at(1) =1,5 =2.500 964 Phân hệ (toa xe) a( ) at( ) Phân hệ (đường sắt) =1,6 a( 3) =1,9 =1.925 at( 3) =658 Phân hệ (cầu, hầm) a( ) at( ) =2,1 =1.600 Phân hệ (TTTH) a( 5) at( 5) =1,2 =1.750 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải, Tập 71, Số (10/2020), 956-972 4.2.Tính tốn tiêu vận dụng 4.2.1 Cơ sở tinh toán [11] Xác định số đôi tàu hàng nh khu đoạn AB nh =  nam h  365  Qh,kb (10) đó: Qh ,kb - khối lượng đồn tàu hàng (khơng kể bì), tấn; Qh,kb = qtai  mh với: (11) qtai - tải trọng toa xe hàng, Xác định khối lượng đồn tàu hàng bì Qh,cb Qh ,cb = ( qtu + qtai )  mh (12) Xác định khối lượng luân chuyển hàng hóa ngày đêm Ahng,lc - Cả bì: Ahng,lc ,cb =  Lkd  nh  Qh ,cb , t.km bì (13) Ahng,lc ,kb =  Lkd  nh  Qh ,kb , t.km khơng bì (14) - Khơng kể bì: Xác định khối lượng luân chuyển hàng hóa tuyến năm Ahnam ,lc - Cả bì: Ahnam ,lc , kb =  Qh , cb  nh  Lkd , t.km bì (15) Ahnam ,lc , kb =  Qh , kb  nh  Lkd , t.km không bì (16) - Khơng kể bì: Doanh thu từ vận tải hàng hóa tuyến năm - Trong ngày đêm: Chng,lc = Ahng,lc ,kb  ecuoc ,h , đồng (17) - Trong năm: ng Chnam ,lc = Ah ,lc , kb  ecuoc , h  365 , đồng (18) 4.2.2 Xây dựng chương trình tính tốn Từ sở tính tốn nêu, tiến hành xây dựng chương trình tính tốn tổng hợp với modul liên thông với Giao diện modul 1: nhập thông số đầu vào, thể hình 965 Transport and Communications Science Journal, Vol 71, Issue (10/2020), 956-972 Hình Giao diện nhập thơng số đầu vào Giao diện modul 2: tính tốn tiêu vận dụng, thể hình Hình Giao diện tính tốn tiêu vận dụng 4.2.2 Kết tính tốn Kết tính tốn xác định tiêu vận dụng cho bảng 966 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải, Tập 71, Số (10/2020), 956-972 Bảng Kết tính tốn xác định tiêu vận dụng TT Các tiêu Trị số 12,557  13 Số đơi tàu hàng nh Khối lượng đồn tàu hàng, 1.000 - Cả bì Qh ,cb 600 - Khơng kể bì Qh ,kb Khối lượng ln chuyển hàng hóa ngày đêm, t.km ng - Cả bì Ah ,lc ,cb 44.200.000 ng - Khơng kể bì Ah ,lc ,kb 26.520.000 Khối lượng luân chuyển hàng hóa năm, t.km 16.133.000.000 nam - Cả bì Ah ,lc ,cb 9.679.800.000 nam - Khơng kể bì Ah ,lc , kb Doanh thu từ vận chuyển hàng hóa, đồng 13.260.000.000 ng - Trong ngày đêm C h ,lc 4.839.900.000.000 nam - Trong ngày năm C h ,lc 4.3 Tính tốn xác định cường độ chuyển tiếp trạng thái xác suất giới hạn 4.3.1 Xây dựng chương trình tính tốn Các chức chương trình: Từ thông số đầu vào thời gian trung bình lần hỏng at( ) thời gian k k phục hồi trung bình at( ) phân hệ thiết bị kỹ thuật cho bảng 1, tiến hành xác định thông số cường độ hỏng ij cường độ phục hồi  ji Giải hệ phương trình tuyến tính (7) với ẩn số Pi , i = 1,3,5,7,9,10 với điều kiện N P i =1 i = , sau thay vào vị trí ij( k )  (jik ) giá trị chúng, tiến hành xác định xác suất giới hạn hệ thống P1 , P3(1) , P5( 2) , P7( 3) , P9( 4) P10( 5) Giao diện modul 3: xác định cường độ chuyển tiếp trạng thái xác suất giới hạn, thể hình 967 Transport and Communications Science Journal, Vol 71, Issue (10/2020), 956-972 Hình Giao diện xác định cường độ chuyển tiếp trạng thái xác suất giới hạn 4.3.2 Kết tính tốn Kết xác định thơng số cường độ hỏng ij cường độ phục hồi  ji cho bảng Bảng Kết tính tốn cường độ hỏng cường độ phục hồi phân hệ thiết bị kỹ thuật TT Phân hệ (đầu máy) Các tiêu Cường độ phục hồi chuyển tiếp trạng thái,  (jik ) = 1/ a( k ) Cường độ hỏng chuyển tiếp trạng thái, ijk = / at 31(1) = 0,6667 Phân hệ (toa xe) Phân hệ (đường sắt) Phân hệ (cầu, hầm) Phân hệ (TTTH) ( 5)  51( ) = 0,6250  71( 3) = 0,5263  91( ) = 0,4762 101 = 0,8333 13 = 0,0004 15 = 0,00052 17 = 0,0015 19 = 0,00062 110 = 0,00057 k Kết tính toán xác định xác suất giới hạn cho bảng TT Bảng Kết tính tốn xác suất giới hạn Trị số xác suất giới hạn giá trị Các tiêu thời gian trung bình thực tế hư hỏng Xác suất khu đoạn nằm trạng thái làm việc P1 0,99370 Xác suất khu đoạn nằm trạng thái không làm việc hư hỏng của: - Phân hệ - đầu máy P3( ) 0,00059 - Phân hệ - toa xe P5( 0,00082 - Phân hệ - đường sắt P7( 2) 3) 0,00290 968 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải, Tập 71, Số (10/2020), 956-972 - Phân hệ - cầu, hầm P9( - Phân hệ - TTTH P10( ) 4) 0,00130 0,00068 4.3 Đánh giá ảnh hưởng tiêu độ tin cậy thiết bị kỹ thuật tới hiệu hoạt động khu đoạn đường sắt 4.3.1 Cơ sở tính tốn Từ công thức tổng quát (8) (9), tiến hành cụ thể hóa việc tính tốn tiêu cụ thể sau Năng lực thông qua mức tin cậy tuyệt đối P0 =100%, đôi tầu [đã xác định theo cơng thức (10) làm trịn số], nh = 13 đôi tàu Năng lực thông qua mức tin cậy thực tế P1 %, đôi tàu (19) nhthucte = nh  P1 Độ giảm lực thông qua, đôi tàu (20) nh = nh − nhthucte Khối lượng luân chuyển mức tin cậy tuyệt đối (100%) hệ thống, tỷ tấn-km khơng kể bì [đã xác định theo công thức (15)] Ahnam ,lc , kb =  Qh , kb  nh  Lkd Khối lượng luân chuyển mức chất lượng hoạt động tương đối hay mức tin cậy thực tế % P1 hệ thống (do hư hỏng tất phân hệ), tỷ tấn-km khơng kể bì ,thucte Ahnam = Ahnam ,lc , kb ,lc , kb  P1 (21) Khối lượng luân chuyển không thực hư hỏng thiết bị kỹ thuật (của phân hệ), tỷ tấn-km khơng kể bì nam nam ,thucte (22)  ( Ahnam ,lc , kb ) = Ah ,lc , kb − Ah ,lc , kb Doanh thu thực khối lượng vận chuyển mức tin cậy tuyệt đối (100%) C hnam ,lc , tỷ đồng [đã xác định theo công thức (18)] Doanh thu thực khối lượng vận chuyển mức tin cậy thực tế P1 % , tỷ đồng ,thucte Chnam = Chnam ,lc ,lc  P1 (23) Mức giảm doanh thu khơng hồn thành khối lượng vận chuyển hư hỏng tất phân hệ (tổng thể toàn hệ thống), tỷ đồng tongthe nam ,thucte Cnam = Chnam (24) ,lc − Ch ,lc 10 Mức giảm doanh thu khơng hồn thành khối lượng vận chuyển hư hỏng phân hệ 1- đầu máy, tỷ đồng ( 2) ( 2) P1 () Cnam = Chnam (25) ,lc  P3 11 Mức giảm doanh thu khơng hồn thành khối lượng vận chuyển hư hỏng phân hệ 2- toa xe, tỷ đồng P5 ( ) Cnam = Chnam (26) ,lc  P5 13 Mức giảm doanh thu khơng hồn thành khối lượng vận chuyển hư hỏng phân hệ - đường sắt, tỷ đồng (3) P7 ( Cnam = Chnam ,lc  P7 969 3) (27) Transport and Communications Science Journal, Vol 71, Issue (10/2020), 956-972 14 Mức giảm doanh thu khơng hồn thành khối lượng vận chuyển hư hỏng phân hệ - cầu hầm, tỷ đồng ( 4) P9 ( ) (28) Cnam = Chnam ,lc  P9 15 Mức giảm doanh thu khơng hồn thành khối lượng vận chuyển hư hỏng phân hệ - TTTH, tỷ đồng ( 5) P10 ( ) Cnam = Chnam ,lc  P10 (29) 4.3.2 Xây dựng chương trình tính tốn Từ sở tính tốn nêu trên, tiến hành xây dựng chương trình, với giao diện modul 4: tính tốn tiêu chất lượng hiệu hoạt động khu đoạn đường sắt, thể hình Hình Giao diện tính toán tiêu chất lượng hiệu hoạt động khu đoạn đường sắt 4.3.3 Kết tính tốn Kết tính tốn tiêu chất lượng hiệu hoạt động khu đoạn cho bảng Bảng Kết tính tốn tiêu chất lượng hiệu hoạt động khu đoạn TT Mức tin cậy thiết bị kỹ thuật Tuyệt đối Thực tế nh ,thucte = 12,9184 nh =13 Các tiêu Năng lực thông qua, đôi tầu Độ giảm lực thông qua, đôi tàu Mức chất lượng hoạt động tương đối, % Khối lượng ln chuyển, tỷ tấn-km khơng kể bì Khối lượng luân chuyển không thực hư hỏng thiết bị kỹ thuật, tỷ tấn-km khơng kể bì 970 P0 = 100 Ahnam ,lc , kb = 9,6798 nh =0,0816 P1 = 99,3723 ,thucte Ahnam = 9,619 ,lc , kb  ( Ahnam ,lc , kb ) = 0,0607 Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, Tập 71, Số (10/2020), 956-972 7a Doanh thu thực khối lượng vận chuyển, tỷ đồng Mức giảm doanh thu khơng hồn thành khối lượng vận chuyển hư hỏng thiết bị kỹ thuật, tỷ đồng Tổng thể toàn hệ thống 7b Do hư hỏng phân hệ 1- đầu máy P3(1) P3 = 2,8857 Cnam 7c Do hư hỏng phân hệ - toa xe P5( ) P5 = 3,9975 Cnam 7d Do hư hỏng phân hệ - đường sắt P7( 3) P7 = 13,8877 Cnam 7e Do hư hỏng phân hệ - cầu, hầm P9( ) P9 = 6,3125 Cnam 7f Do hư hỏng phân hệ 5- TTTH P10( 5) P10 = 3,298 Cnam C hnam ,lc = 4.839,9 ,thucte Chnam = 809,5187 ,lc tongthe = 30,3813 Cnam (1) ( 2) ( 3) ( 4) ( 5) Từ bảng thấy rằng, với thời gian trung bình lần hỏng thời gian phục hồi thiết bị kỹ thuật cho, tiêu chất lượng hoạt động tương đối cịn 99,3723%, khối lượng hàng hố khơng vận chuyển theo kế hoạch 0,0607 tỷ t.km không kể bì năm Khối lượng vận chuyển khơng thực theo kế hoạch dẫn đến làm giảm doanh thu vận chuyển hàng hoá giảm 30,3813 tỷ đồng năm Thiệt hại doanh thu hư hỏng phân hệ gây thể bảng 5 KẾT LUẬN Từ mơ hình hoạt động tổng quát khu đoạn đường sắt sở lý thuyết đánh giá ảnh hưởng độ tin cậy thiết bị kỹ thuật tới chất lượng hiệu hệ thống, xây dựng chương trình tính tốn tiêu chất lượng hiệu hoạt động cụ thể khu đoạn đường sắt Giáp Bát-Sóng Thần Đây kết đánh giá hiệu hoạt động cho khu đoạn đường sắt có tính giả định để minh họa cho phương pháp nêu Để kết đánh giá mang tính xác thực hơn, cần có hệ thống thống kê tồn diện đầy đủ hư hỏng phân hệ thiết bị kỹ thuật gây gián đoạn chạy tàu ngành đường sắt cách lâu dài liên tục, từ xác định cách xác thời gian làm việc trung bình lần hịng thời gian phục hồi trung bình chúng, làm thơng số đầu vào cho tốn Đây vấn đề phức tạp, tốn nhiều thời gian công sức, mục tiêu cho nghiên cứu Mơ hình xây dựng tiêu chất lượng hiệu hoạt động khu đoạn đường sắt sở cho việc cải thiện tiêu độ tin cậy nhằm nâng cao hiệu hoạt động hệ thống, sử dụng tổng hợp kết đánh giá chất lượng bảo dưỡng kỹ thuật sửa chữa thiết bị kỹ thuật đơn vị ngành đường sắt, xác định tỷ trọng chúng việc nâng cao độ tin cậy hiệu trình vận chuyển TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Р.Биллнтон, Р Аллан, Оценка надёжности электро-энергетичеслих систем, Москва, Энергоатомиздат, 1988 [2] Дедоборщ В.Г., Суторихин Н.Б., Надёжность АМТС, Москва, Радио и связь, 1989 [3] Ионин А.А., Надёжность систем тепловых сетей, Москва, Стройиздат, 1989 971 Transport and Communications Science Journal, Vol 71, Issue (10/2020), 956-972 [4].Шишков А.Д, Народнохозяйственная эффтивность повьышения надежноти технических средств железнодорожного транспорта, Москва, "Транспорт", 1986 [5] Phan Văn Khôi, Cơ sở đánh giá độ tin cậy, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2001 [6] Nguyễn Hữu Lộc, Thiết kế phân tích hệ thống khí theo độ tin cậy NXB ĐHQG, TPHCM, 2015 [7] Đỗ Đức Tuấn, Độ tin cậy tuổi bền máy, NXB Giao thông vận tải, Hà Nội, 2013 [8] Đỗ Đức Tuấn, Đánh giá tiêu vận dụng đầu máy, toa xe trình khai thác, Bài giảng cao học ngành Kỹ thuật có khí động lực, chun sâu Kỹ thuật đầu máy, toa xe, Trường Đại học Giao thông vận tải, Hà Nội, 2016 [9] Пузанков A.Д., Надёжность конструций локомотивов, MИИТ, Москва 1999 [10] Пузанков A.Д., Надёжность локомотивов, MИИТ, Москва 2006 [11] Đỗ Đức Tuấn, Vũ Duy Lộc, Đỗ Việt Dũng, Nghiệp vụ đầu máy, toa xe, Nhà xuất Giao thông vận tải, Hà Nội, 2014 972 ... đến hiệu hoạt động hệ thống vận tải đường sắt Vì vậy, cần nghiên cứu xây dựng mơ hình hoạt động khu đoạn đường sắt tiến hành đánh giá ảnh hưởng độ tin cậy thiết bị kỹ thuật đến hiệu hoạt động cách... cần đánh giá hiệu hoạt động, ngày đêm ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ TIN CẬY CÁC THIẾT BỊ KỸ THUẬT TỚI CHẤT LƯỢNG VÀ HIỆU QUẢ CỦA HỆ THỐNG VẬN TẢI ĐƯỜNG SẮT 4.1 Thiết lập tốn Cho khu đoạn AB (Giáp... thơng vận tải, Tập 71, Số (10/2020), 956-972 Tạp chí Khoa học Giao thơng Vận tải ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ TIN CẬY CÁC THIẾT BỊ KỸ THUẬT TỚI HIỆU QUẢ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG VẬN TẢI ĐƯỜNG SẮT Đỗ