автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Повышение безопасности пассажирских канатных дорог на основе оценки риска и резервирования привода

На правах рукописи 0034574Ьа

КИШШБАЛОВ Александр Владимирович

ПОВЫШЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПАССАЖИРСКИХ КАНАТНЫХ ДОРОГ НА ОСНОВЕ ОЦЕНКИ РИСКА И РЕЗЕРВИРОВАНИЯ ПРИВОДА

Специальность 05.05.04 «Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 2 ДЕН 2008

Новочеркасск 2008 г.

003457469

Работа выполнена в Южно-Российском государственном техническом университете (Новочеркасском политехническом институте) на кафедре «Подъемно-транспортные машины и роботы».

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Короткий Анатолий Аркадьевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Кобзев Анатолий Петрович

доктор технических наук, профессор Джигкаев Тамерлан Сосланович

Ведущее предприятие: Астраханский государственный технический университет

Защита состоится « 26 » декабря 2008 г. в 900 часов на заседании диссертационного совета Д 212.304.04 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Юкно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) по адресу: 346428, Ростовская область, г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132 в 107 ауд. главного корпуса.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института).

Автореферат разослан « 25 » ноября 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, профессор, доктор технических наук

В.С.Исаков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Пассажирские канатные дороги (ПКД) относятся к непрерывным видам транспорта и, так же, как автомобильный или железнодорожный транспорт участвуют в перевозке пассажиров. ПКД, как основной вид транспортной инфраструктуры в горноклиматических зонах и туристических комплексах являются, как правило, узловым звеном транспортных технологий, от них зависит не только нормальное функционирование всего комплекса, но и безопасность отдыхающих там людей.

Основной особенностью конструкции ПКД является то, что средства для транспортирования людей - вагоны, кресла, кабины - перемещаются на некотором расстоянии от поверхности земли по стальным канатам. В связи с этой особенностью их важнейшим преимуществом является возможность соединять конечные пункты по кратчайшему расстоянию, причем уклон трассы в вертикальной плоскости может достигать 45° и более, что делает невозможным применение автомобильного и железнодорожного транспорта.

Пункт 3 приложения 1 Федерального закона «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» (ФЗ-116), к категории опасных производственных объектов относит, в том числе, и объекты, на которых используются стационарно установленные канатные дороги. Согласно статье 10 ФЗ-116 в целях обеспечения готовности к действиям по локализации и ликвидации последствий аварии организация, эксплуатирующая опасный производственный объект, обязана:

- планировать и осуществлять мероприятия по локализации и ликвидации последствий аварий на опасном производственном объекте;

- обучать работников действиям в случае аварии или инцидента на опасном производственном объекте.

При подготовленности работников опасного производственного объекта, инженерно технического персонала к действиям в случае возникновения аварии или инцидента на опасном производственном объекте, наличие планов ликвидации аварий (ПЛА, ПЛАС, ПЛАРН), ведет к снижению последствий аварии.

Статья 2.1.3 «Правил устройства и безопасной эксплуатации пассажирских подвесных и буксировочных канатных дорог» (ПБ 10-559-03) предполагает при разработке проекта канатной дороги всестороннюю оценку риска аварии. При оценке риска аварий следует проанализировать различные сценарии, отражающие как наиболее типичные и вероятные, так и неблагоприятные (как правило, маловероятные) события. Однако, до настоящего времени отсутствуют какие-либо методы и методики по оценке риска аварий канатных дорог.

Согласно РД 03-496-02 авария - это разрушение сооружений и/или технических устройств, применяемых на опасном производственном объекте, неконтролируемые взрыв и/или выброс опасных веществ. Как показывает

анализ аварийных ситуаций, аварий связанных с разрушением несущих элементов канатных дорог практически не происходит. Это связано с тем, что несущие элементы канатной дороги имеют повышенные запасы прочности. В соответствии со статьей 2.2.3 ПБ 10-559-03 запас прочности (отношение временного сопротивления материала к напряжению от максимальных статических нагрузок) всех несуших элементов механического оборудования ПКД должен быть не менее пяти. Большинство аварий происходит вследствие неквалифицированных действий персонала или внешних антропогенных воздействий.

Один из способов предотвращения возникновения аварий канатной дороги является использование на этапе проектирования принципов резервирования ответственных элементов (главный и резервный приводы, два взаимо-резервирующих источника питания и т.п.).

Резервирование - одно из основных средств обеспечения заданного уровня безопасности ПКД при недостаточно надежных компонентах и элементах. Цель резервирования - обеспечить безотказность ПКД в целом, т. е. сохранить ее работоспособность, когда возник отказ одного или нескольких элементов.

На практике возможности применения резервирования ограничиваются допустимыми значениями массы, объёма, стоимости и/или других параметров резервируемого устройства. Поэтому приходится решать задачу оптимального резервирования, имеющую два аспекта: обеспечение максимального значения показагелей безопасности при заданном значении ограничивающего фактора и обеспечение заданных значений показателей безопасности при минимальном значении ограничивающего фактора.

Согласно статье 6.4 ПБ 10-559-03 общая длительность проведения спасательных работ, предусмотренная в плане эвакуации и спасения, не должна превышать 3 ч. При этом отсчет времени начинается с момента остановки дороги и продолжается до момента спасения последнего пассажира и доставки его в установленное место.

При проведении спасательных работ возникает опасность для жизни и здоровья пассажиров, связанная с их эвакуацией га подвижного состава канатной дороги и доставкой к месту сбора. Проведение спасательных и эвакуационных работ сопряжено с определенным риском не только для пассажиров, обслуживающего персонала канатной дороги, но и для всех лиц, находящихся. в зоне потенциальной опасности,

В связи с этим имеет смысл ввести новое понятие события, связанного с отказом канатной дороги - «аварийная остановка».

Аварийная остановка - остановка канатной дороги, требующая проведения спасения и эвакуации пассажиров.

В связи с этим настоящая работа посвящена разработке метода оценки и управления безопасностью пассажирских канатных дорог при аварийных остановках и разработке рекомендаций, позволяющих осуществлять проек-

тирование пассажирских канатных дорог с заданными параметрами и степенью безопасности.

Работа выполнена ira кафедре «Подъемно-транспортные машины и роботы» Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института) в рамках научного направления «Оценка, прогноз и повышение производственной и экологической безопасности жизнедеятельности», утвержденного Ученным советом ЮРГТУ (НПИ) 25.04.2001 г., по госбюджетной теме кафедры ПТМиР П3.842 «Экспертиза подъемно-транспортных машин повышенной опасности».

Цель работы.

Повышение безопасности пассажирских канатных дорог путем оценки риска и резервирования привода.

Научные положения, выносимые на защиту.

• Оценка риска на основе статистических данных о количестве пассажирских канатных дорог, аварийных остановок, способов эвакуации и функционального резервирования позволяет получить качественные и количественные показатели для управления риском ПКД;

• Риск-анализ для пассажирских канатных дорог, основанный на идентификации опасностей, зонировании трассы и функциональном резервировании позволяет сократить риск возникновения аварийных остановок;

• Повышение безопасности ПКД большой протяженности в сложных рельефно-климатических условиях достигается применением функционального резервирования на основе использования многодвигательных приводов.

Степень достоверности результатов, проведенных исследований.

Степень достоверности, полученных результатов подтверждается:

• Значительным объемом статистических данных по количеству пассажирских канатных дорог, аварийных остановок и травматизма (22000 канатных дорог);

• Использованием методов теории рисков и катастроф;

• Использованием методов математической статистики для обработки результатов теоретических и экспериментальных исследований;

• Сходимостью теоретических и лабораторных результатов исследований тяговой способности движителя многодвигательных приводов (расхождение составляет 11%).

Новизна научных положений, выносимых на защиту.

Научная новизна заключается в следующем:

• Предложен метод оценки риска ПКД, учитывающий опасности возникновения аварийных остановок, методы эвакуации пассажиров и функциональное резервирование и позволяющий управлять риском по всей длине трассы за счет применения многодвигательных приводов;

• Разработан риск-анализ для пассажирских канатных дорог, позволяющий проводить расчет риска с учетом зонирования трассы канатной дороги и функционального резервирования ответственных элементов;

• Предложен принцип функционального резервирования, основанный

на использовании многодвигательного привода, распределенного по всей длине трассы.

Практическая значимость работы.

• Предложена методика оценки и управления риском пассажирских канатных дорог с учетом зонирования трассы, способов эвакуации и функционального резервирования ответственных элементов;

• Разработаны новые конструкции движителей для канатных дорог с многодвигательным приводом (защищены патентами №.2269443, №2283787, №2287444, № 22337023 на изобретение);

• Создана физическая модель, позволяющая исследовать тяговую способность движителей канатных дорог с многодвигательным приводом;

• Разработаны рекомендации для проектных организаций по применению риск-анализа при создании высоконадежных и эффективных пассажирских канатных дорог.

Реализация работы.

Методика оценки и управления риском пассажирских канатных дорог внедрена на предприятии по строительству канатных дорог «СКАДО», г. Самара.

Полнота изложения материалов диссертации в опубликованных работах.

Общее содержание и основные положения работы докладывались на: международной научно-технической конференции «Производство и ремонт машин» (Ставрополь, 2005 г.); конференциях и научных семинарах кафедры ПТМиР ЮРГТУ (НПИ) (Новочеркасск, 2003 - 2006 гг.); техническом совете ЗАО «СКАДО» (Самара, 2006-2007 гг.); Уральском подъемно-транспортном Конгрессе (Екатеринбург, 2007 г.); научно-техническом семинаре по пассажирским канатным дорогам (Сочи, 2008 г.).

По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ, из них в реферируемых изданиях, рекомендованных ВАК - 4, получено 6 патентов РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы из 85 наименований, приложения. Работа изложена на 174 страницах машинописного текста, содержит 21 таблицу и 41 рисунок.

Автор благодарит кандидата технических наук Маслова Валерия Борисовича за консультации и ценные советы при проведении исследований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении представлена оценка современного состояния безопасности канатных дорог, обоснована актуальность темы диссертационной работы и показана ее практическая значимость.

В первой главе представлены статистические данные по аварийным остановкам на пассажирских канатных дорогах за период 1997-2007 гг., рассмотрено современное состояние вопроса в области безопасности при эксплуатации пассажирских канатных дорог.

Анализ аварийных остановок показывает, что материальный и социальный ущерб от аварийных остановок пассажирских канатных дорог, работающих в интенсивном режиме, весьма значим, а проблеме повышения безопасности этого вида канатного транспорта, следует уделять особое внимание. На этом фоне возникает острая проблема в оценке безопасности. Одним из таких показателей может быть риск. Риск характеризуется не только частотой события, но и величиной ущерба.

Канатные дороги представляют собой сложную многокомпонентную транспортную систему, безопасность которой является определяющим параметром, как при ее создании, так и эксплуатации. В соответствии с «Правилами устройства и безэпасной эксплуатации пассажирских подвесных и буксировочных канатных дорог» (ПБ 10-559-03) одним из условий безопасности пассажирских канатных дорог является проведение регламентных работ. При регламентных работах выполняют профилактику, ревизию, в том числе техническое освидетельствование, ремонт, экспертизу промышленной безопасности.

Статистические исследования аварийных остановок пассажирских канатных дорог, а также анализ причин их возникновения свидетельствует о том, что:

- пассажирские канатные дороги занимают в современном мире ведущее место в обеспечении транспортно-технолошческих потоков в горноклиматических зонах и городской инфраструктуре;

- неблагоприятные события возникают вследствие экстремальных (не проектных) нагрузок на ответственных элементах ПКД, где не соблюдаются требования правил безопасности, из-за несвоевременного или неудовлетворительного проведения технического обслуживания, диагностирования, технического освидетельствования;

- одним из наиболее ответственных и уязвимых элементов, определяющих безопасность эксплуатации подвесных канатных дорог, является привод, перемещающий посредством канатоведущего шкива подвижной состав с пассажирами. Согласно статистике большинство аварийных остановок канатных дорог происходит по причине несвоевременного выявления скрытых дефектов привода;

-количество случаев аварийных остановок на канатных дорогах, связанное с эксплуатацией некачественно изготовленных или неисправных приводов, за прошедшее десятилетие составляет 22% от их общего числа, свя-

g

занных с техническим состоянием ПКД (рисунок 2). Большинство аварийных остановок происходит из-за технического состояния привода.

Качество и надежность канатной дороги определяют степень ее безопасности. Это значит, что в течение установленного срока службы при ее эксплуатации не будут происходить повреждения, отказы, аварии и несчастные случаи, причиной которых являются, как правило, низкое качество изготовления, несоответствие применяемых конструкций канатов проектным и нормативным документам, техническое обслуживание, нарушение установленных режимов эксплуатации как самих ПКД, так и их элементов и др.

Проблемы и их решения в области теоретической надежности систем подъемных сооружений освещены Григорьевым Н.И., Брауде В.И., Пронни-ковым A.C., Зарецким A.A., Андриановым E.H., Стрелецким Н.С., Болоти-ным В.В., Райзером В.Д., Шпете Г., Гусевым A.C., Казаком С.А., Гохбер-гом М.М., Лангом А.Г., Медведиком С.И., Орловым А.Н., Чаплыгиным Ф.Т., Смеховым A.A., Ерофеевым Н.И., Серенсеном C.B., Филяковым А.Б., Коротким A.A., Хальфиным М.Н., Панасенко H.H., Шишковым H.A., Котельни-ковым B.C., Липатовым A.C. и др.

Несмотря на достаточный перечень научных работ, аналитическим методам моделирования аварийных остановок при эксплуатации подъемных сооружений и в частности ПКД, посвящено ограниченное число работ.

При выборе методов проведения анализа риска необходимо учитывать этапы жизненного цикла и типы канатных дорог, а также конкретные цели анализа, критерии приемлемого риска, тип анализируемой системы и характер опасности, наличие ресурсов для проведения анализа необходимой информации, опыт и квалификацию исполнителей и др. факторы.

Недостаточность информации в литературных источниках и нормативно-технической документации об оценке безопасности пассажирских канатных дорог, а также, имеющаяся статистическая информация об аварийных остановках ПКД, позволили сформулировать задачи комплексного исследования:

- провести комплексную оценку опасностей пассажирских канатных дорог;

- разработать метод оценки риском пассажирских канатных дорог с учетом опасности возникновения аварийных остановок, методов эвакуации пассажиров и функционального резервирования;

- разработать новые конструкции движителей для канатных дорог с многодвигательным приводом;

- провести экспериментальные исследования тяговую способность движителей канатных дорог с многодвигательным приводом;

- разработать рекомендации для проектных организаций по применению риск-анализа при создании высоконадежных и эффективных пассажирских канатных дорог;

- разработать методику оценки и управления риском пассажирских канатных дорог.

Рисунок - 1 Динамика аварийных остановок пассажирских канатных дорог за период 1997-2007 гг

Прочие причины

Внешнее антропогенное воздействие, не связанное с эксплуатацией ПКД

Неисправность привода

Неисправность злектрооборудоеан

Рисунок - 2 Диаграмма распределения причин аварийных остановок канатных дорог

Воздействие ветра или иные погодные воздействия 17%

приборов И устройств безопасности 4%

Отключение

■ —..........электропитания

безопасности при Ошибочные эксплуатации ПКД действия персонала 4% 4%

Во второй главе выбраны методы проведения анализа риска с учетом этапов жизненного цикла и типа канатной дороги. Выполнена идентификация опасностей пассажирских канатных дорог и определены критерии степени риска вследствие аварийной остановки на канатной дороге, предложены формулы для определения риска канатных дорог, с учетом резервирования элементов, определяющих уровень безопасности.

Согласно требованиям ПБ 10-559-03 проект ПКД должен содержать раздел по оценке риска аварии, а также план организации работ в аварийных ситуациях.

При оценке риска аварийных остановок следует проанализировать различные сценарии, отражающие как наиболее типичные и вероятные, так и неблагоприятные (как правило, маловероятные) события. Следует детально выявить условия и оценить вероятность реализации сценариев аварий с причинением вреда жизни, здоровью, имуществу пассажиров, обслуживающего персонала и других лиц, а также окружающей природной среде.

Основой оценки риска является процедура идентификации опасностей (на основе представленной информации об объекте, данных экспертизы, опыта работы подобных систем, документирования частоты отказов и др.) и четкое описание всех присущих объекту опасностей в отношении самого объекта, персонала, имущества, третьих лиц и окружающей среды.

Рекомендуется рассматривать четыре группы опасностей: опасность, связанная с ошибочными действиями персонала; опасность, связанная с техническим состоянием канатных дорог; опасность, связанная с взаимодействием канатных дорог и окружающей средой; опасность, связанная с внешним антропогенным воздействием, не связанным с эксплуатацией канатных дорог (рисунок 3).

На практике идентификация опасности, исходящей от конкретной системы, оборудования ПКД или деятельности обслуживающего персонала, может давать в качестве результата очень большое число сценариев потенциальных аварийных остановок. При этом детализированный количественный анализ частот и последствий не всегда осуществим. В таких ситуациях может оказаться целесообразным качественное ранжирование сценариев, помещение их в матрицы риска, указывающие различные уровни риска.

Уровень безопасности оборудования канатной дороги определяется в процессе проектирования, и на последующих этапах изготовления, сборки и поставки оборудования, безусловно, невозможно повысить этот заложенный уровень. На этапе проектирования определяется также структура всей технической системы канатной дороги, а выбранная структура системы влияет на уровень безопасности и определяет затраты, необходимые для достижения этого уровня. Таким образом, предварительный анализ безопасности, а также определение многих других конструктивных параметров необходимо проводить на этапе проектирования.

Рисунок - 3 Фрагменты процесса возникновения и развития

неблагоприятного события (аварийной остановки, несчастного случая и пр.) во времени

Анализ безопасности оборудования и канатной дороги в целом основан на оценке риска. Риск определяется вероятностью безотказной работы (ВБР) системы,

В общем случае ВБР определяют по формуле РдО = ехр | -j л(и)сЕи \

' , (1) где Х(и) — интенсивность отказов системы в момент времени г = и.

Риск определяют по формуле

Дт = 1 - Р,3- (2)

Для описания безопасности канатных дорог, предлагается использовать структурные схемы, являющиеся комбинацией последовательных и параллельных соединений элементов (таблица 1). Такие структурные схемы можно построить, если рассмотреть систему, состоящую из резервной цепочки элементов, определяющих степень безопасности канатной дороги в целом.

Таблица 1 - Формулы для определения риска канатных дорог с учетом резервирования ответственных элементов

Структурная схема для оценки безопасности канатной дороги

Формула для определения риска

1. Параллельно-последовательное соединение или система с резервированием

1.1 Нагруженный резерв ......

4ZZHZ3-......-Ш-1

1.2 Незагруженный резерв

-4ZHZ3--------ÜLb-

4ZHZ3--------dp

4«К1Ь......-{ZH

Нагруженный резерв с различными элементами

Лх=1-(1-Р„Л2.....Р„Д

(1 -РцРы.....Рь„).....(1 -РчРл, • .,Рш)

Нагруженный резерв с одинаковыми последовательными элементами Р<л=Рл = , ..,=Р„Ры=Рьг = ,-~, = Рь, Р*1=Р,2 = ,.--,=Рг, я5 = 1-(1-л;)(1-о.....(1-я;).

Нагруженный резерв с одинаковыми параллель' ными и последовательными элементами

Ро1-Ры~ - Рц~ Р, Для /от 1 до = 1 -(1 -РУ-4. Ненагруженный резерв Р = еЛ

т

(х-1)!

2. Последовательно-параллельное соединение резервированных элементов

2 1 Нагруженный резерв

Hüh r&i гЁЬ

ЧЕЭ-1 Ч^Р Ч^Ф

2.2 Ненагруженный резерв

MZb-riZb—rdh-ЦтИЦтр LfTji

1. Нагруженный резерв

Rs= (1 - (1 - Р.ОО - Pol),.... (1 - Рш» х (1 -

-P„i)(l-Ля),..., (1--?«))■

2. Нагруженный резерв с одинаковыми параллельными элементами

Рл=Ра1 = ,:.,"Р„Ры=Ры = ,..., = Рь,

Rs= (1-0 - Р.Ш - (1 -РьГ),.... (1 - (1 - РУ)-

3. Нагруженный резерв с одинаковыми последовательными элементами

Я„ = Р« =.....= Р„, = Р,

Для/от 1 дохР<г = (1 -(1 - РУ)".

4. Ненагруженный резерв P = e->J

3. Резервированные элементы с подключением

-■ -^

Нагруженный резерв

Рт=Ры - Pxi = Р (исключая Pstr),

Rs=(V-(\ -P)(l -PPsvf-y

В Нагруженный резерв, х - 2 и

Ра = Рь, = ,..., = Рх, = р = (исключая Pw),

В третьей главе обоснована эффективность применения канатных дорог с многодвигательным приводом, предложены новые конструкции движителей для канатных дорог с многодвигательным приводом, на которые получены патенты РФ, разработана методика расчета канатных дорог с многодвигательным приводом, позволяющая проектировать ПКД с резервированием ответственных элементов и заданными параметрами, определяющими их эффективность и безопасность.

Натяжение несуще-тягового каната в общем случае возрастает от точки сбегания с приводного устройства к точке набегания, где оно обычно имеет максимальное значение. По максимальному натяжению и выбирают несуще-тяговый канат. При достаточно длинных трассах нередко приходится разбивать одну канатную дорогу на несколько. Кроме того, при сложном профиле канатной дорога от точки сбегания несуще-тягового каната с приводного устройства к точке набегания значительно возрастают усилия, а, следовательно, увеличиваются силы сопротивления и требуется соответствующее усиление опорных конструкций.

Канатные дороги с многодвигательным приводом, на которых тяговое усилие передается на канат двумя или более приводами, расположенными в промежуточных точках профиля, не имеют этих недостатков. Так, при установке на линейных опорах канатных дорог движителей можно транспортировать пассажиров на большие расстояния и, если потребуется, на большую высоту подъема.

Основное условие, которое необходимо соблюдать при проектировании ПКД с многодвигательным приводом, состоит в следующем. Для наилучшего использования прочности несуще-тягового каната максимальные усилия его натяжения на отдельных участках, возникающие, как правило, в точках набегания на приводные ролик или ленту, должны быть по возможности одинаковыми. Для этого трассу канатной дороги разбивают на участки с равными силами сопротивления, а, следовательно, с одинаковыми по мощности движителями.

На основании анализа существующих приводов канатного транспорта предложены различные принципиальные схемы движителей: с линейным электродвигателем, ленточный, цепной, роликовый (рисунок 4). Все движители многодвигательного привода являются управляемыми.

Анализ рассмотренных схем движителей многодвигательного привода показывает, что рассмотренные схемы в той или иной мере являются работоспособными. Однако, подводя итог выше сказанному, можно сделать следующий вывод: каждый движитель по-своему универсален, поэтому, нельзя сказать, что для одной и той же канатной дороги с определенным профилем и длиной трассы можно устанавливать любой из рассмотренных движителей.

Таким образом, применение многодвигательных приводов на канатных дорогах открывает перспективы для создания высоконадежных и безопасных в эксплуатации канатных дорог, позволяющих перемещать людей на большие расстояния.

Ленточный привод Цепноо привод

патент N° 22337023 патент № 2287444

Рисунок - 4 Конструкции движителей для многодвигательного привода канатных дорог

В четвертой главе проведены экспериментальные исследования ленточного движителя для канатных дорог с многодвигательным приводом, дано описание экспериментальной установки для испытания движителя, позволяющей проводить исследования процессов, возникающих при совместном взаимодействии несуще-тягового каната и приводной ленты,

На ПКД передача тягового усилия несуще-тяговому канату осуществляется посредством распределенных по трассе приводов за счет сил сцепления, возникающих между канатом и тяговым органом привода (в данном случае, лентой). Величина движущей силы определяется тремя факторами: натяжением 8„6 (набегающей) и 8сб (сбегающей) ветвей несуще-тягового каната, углом обхвата канатом приводного устройства а и коэффициентом сцепления ц между канатом и лентой привода.

Величина упругой деформации каната изменяется от точки набегания до точки сбегания. В связи с тем, что канат, как упругое тело, имеет на набегающей ветви большее упругое удлинение, чем на сбегающей, на приводе при его вращении происходит постоянное проскальзывание (упругое скольжение) каната от меньшего натяжения к большему, т.е. от точки сбегания к точке набегания каната. Упругое скольжение будет происходить на той части линии обхвата, где происходит изменение натяжения каната, т.е. происходит передача силы трения.

Таким образом, для любого значения 5„б будет выполняться соотношение:

$но= х ем,

а наибольшее тяговое усилие, которое может быть передано приводом канату определяется из выражения:

^^тах = Энб " Эсб = 8сб х (еЦ° - 1), (3)

где е1"1 - тяговый фактор, определяющий тяговую способность привода.

Из предыдущей формулы видно, что повысить тяговое усилие привода можно увеличением предварительного натяжения каната, увеличением коэффициента сцепления или угла обхвата.

При проведении исследований тяговой способности многодвигательного привода была использована экспериментальная установка (рисунок 5), разработанная на кафедре ПТМиР.

На рисунке 6 представлена принципиальная схема лабораторной установки. Установка состоит из металлоконструкции 1, выполненной в виде опорной части, с установленными на ней тремя стойками. На средней стойке металлоконструкции шарнирно закреплен привод 2, представляющий собой балансирную систему, огибаемую резиновой лентой, имитирующий движитель многодвигательного привода ПКД, привод 2 снабжен рычагом 3. Для измерения усилия, прилагаемого к рычагу 3, на рычаге механически установлен динамометрический ключ. С помощью рычага 3, механически связанного с динамометрическим ключом, привод 2 приводится в движение. Отклоняющий ролик 4 и ось 5, установленные на крайних стойках металлоконструкции 1 позволяют изменять угол обхвата канатом привода. Упругий элемент (звено) 6 динамометра ДОР-3-5И, соединен с концом каната 7 соответ-

и

Рисунок-5 Принципиальная схема экспериментальной установки

1,8 -

Угол обхвата канатом тягового органа привода, рад.

Рисунок-6 Зависимость окружного усилия привода от угла обхвата канатом ленты

ствуюшим набегающей ветви и закреплен на оси 5. К противоположному концу каната подвешиваются контргрузы 8, создающие постоянное натяжение на сбегающей ветви каната.

Измерение натяжения каната в набегающей ветви осуществляется посредством упругого элемента 6, соединенного с помощью кабеля с индикатором динамометра. Принцип действия динамометра состоит в том, что под действием приложенной нагрузки происходит деформация упругого элемента 6, на котором нанесен тензорезисторный мост. Деформация упругого элемента 6 вызывает разбаланс тензорезисторного моста. Электрический сигнал разбаланса моста поступает в электронный измерительный преобразователь для аналого-цифрового преобразования, обработки и индикации результатов измерений.

Анализ результатов испытаний движителя для канатных дорог с многодвигательным приводом показал, что данное устройство работоспособно и его, возможно, применить в реальных условиях эксплуатации. В результате экспериментальных исследований установлено, что при отказе до 70% от общего количества движителей привод обеспечивает тяговую способность, что в реальных условиях позволит переместить пассажиров до станции в случае возникновения аварийной ситуации.

В пятой главе дано обоснование использования риска, как меры оценки безопасности пассажирских канатных дорог, предложен алгоритм оценки и управления риском, основанный на зонировании трассы канатной дороги с учетом рельефа местности, способов эвакуации, разработана методика оценки и управления риском пассажирских канатных дорог с учетом зонирования трассы, способов эвакуации и функционального резервирования ответственных элементов.

Уровень обеспечения безопасности пассажиров при аварийной остановке канатной дороге отвечает требуемому, если выполняется условие:

(4)

где /"/С 7 - нормируемый риск, [Щ,] ^ 10"6год"';

Яи — расчетный риск.

Расчетный риск Ки на каждом участке трассы ПКД рассчитывают по формуле:

* а, <2„Р о-ш о ' Олпр), (5)

где (2ао — вероятность аварийной остановки канатной дороги в год;

(¿„р — вероятность присутствия пассажиров в подвижном составе (при работе канатной дорога: 0,3 - в одну смену, 0,7 - в две смены);

<23 - вероятность эвакуации людей;

<2этР ~ вероятность эффективной работы технических решений, направленных на предотвращение аварийной остановки.

Вероятность эвакуации Q3 рассчитывают по формуле:

Q3 = \-(\-P3n)(\-Pd,). (6)

где Рэ„ - вероятность спасения и эвакуации по эвакуационным путям согласно специально разработанному плану;

РАв - спасения и эвакуации по эвакуационным путям не отраженным в плане эвакуации (принимают равной 0,03, и 0,001 — при их отсутствии).

Вероятность Р3„ рассчитывают по формуле т — t

——если t < тод < t + г„ э;

Л„= если tp+TH,<rvd;

0, если tp > т00;

(7)

где тод - общая длительность проведения спасательных работ, предусмотренная в плане эвакуации и спасения, мин (не должна превышать 180 мин); tp - расчетное время эвакуации людей, мин;

тнз - интервал времени от возникновения аварийной остановки до начала эвакуации людей, мин (не должен превышать 90 мин).

Расчетное время эвакуации пассажиров tp следует определять как сумму времени движения людского потока по отдельным участкам эвакуационного пути t, по формуле

tp = ti + t2 + h +,... + th (8) где ti - время эвакуации пассажиров из подвижного состава, мин;

t2, ¡зt, - время движения людского потока на каждом из следующих после первого участка эвакуационного пути, мин.

Вероятность эффективной работы технических решений, направленных на предотвращение аварийной остановки рассчитывают по формуле:

Q^-fl/1-^, (9)

<=1

где п - число технических решений, предотвращающих аварийную остановку;

Р, - вероятность эффективного срабатывания /-го технического решения.

Для проектируемых канатных дорог риск первоначально оценивают по формуле (5) при /\,=0, Если при этом выполняется условие (4), то безопасность пассажиров при аварийной остановке ПКД обеспечена на требуемом уровне системой спасения и эвакуации пассажиров. Если это условие не вы-

Таблица 2 - Матрица риска при проведении спасательной операции, связанной с аварийной остановкой пассажирской канатной дороги

Качественная характеристика Частота события о год Ожидаемое количество пострадавших, п„

п„>15 5< п„ <15 1< п„ <5 1

Частое >1 В В В с

Вероятное г - 1<г2 В в В м

Случайное КГ1 -ИГ4 В в С м

Маловероятное 10"4 - иг6 в с м н

Невероятное < кг6 с с н н

В - высокая величина риска - обязателен количественный анализ риска или требуются особые меры обеспечения безопасности;

С - средняя величина риска - желателен количественный анализ риска или требуется принятие определенных мер безопасности;

М - малая величина риска - рекомендуется проведение качественного анализа опасностей или принятие некоторых мер безопасности;

Н - незначимая величина риска - анализ и принятие специальных (дополнительных) мер безопасности не требуется.

Таблица 3 - Оценка безопасности пассажирских канатных дорог при проведении спасательной операции по величине риска

Оценка Признак опасности Категория опасности Количественные параметры Рекомендации

Незначимая Отсутствует операция спасения и эвакуации Отсутствует угроза травмирования к<к\ п„=0 Средств спасения и эвакуации не требуется

Малая Необходимое условие проведения операции спасения и эвакуации Вероятность травмирования с малыми последствиями [г] 1<пп <5 Эвакуация и спасение с использованием типовых схем и средств спасения

Средняя Необходимое и достаточное условие проведения операции спасения и эвакуации Возможна угроза жизни и здоровью 5< п„ <15 Специальные дублирующие* технические решения по спасению и эвакуации

Высокая Операция спасения и эвакуации невозможна Неизбежна угроза жизни и здоровью пп> 15 Корректировка трассы канатной дороги и/или типа канатной дороги.

• Технические решения дублирования при проектировании систем эвакуации и спасения:

• дополнительный привод,

• спасательный вагон с независимым приводом;

• дополнительный канат вдоль трассы с независимым подвижным составом и др.

Производительность, параметры трассы

/

Тип канатной дороги с учетом рельефа местности

Зонирование трассы канатной дороги

.1.

План спасения й эвакуации

Время спасения' и эвакуации пассажиров с канатной дороги и

Индивидуальный риск Д« при проведении операции спасения и эвакуации

Конец

Корректировка трассы и/или типа канатной дороги

да

■0^*0,95 /

. /

\ Специальные дубли: рующие средства ~ спасения- и эвакун-' ции

У

Рисунок-7 Алгоритм расчета риска на этапе проектирования пассажирских канатных дорог

полняется, то расчет риска R„ следует проводить по расчетным зависимостям (5)-(9).

Допускается риск оценивать на одном или нескольких участках, установленных при зонировании трассы канатной дороги, наиболее удаленных от выходов в безопасную зону.

Квалифицируя аварийную остановку, как вероятность возникновения несчастного случая с учетом количества пострадавших и в соответствии с требованиями ГОСТ Р 51901-2002 и РД 03-418-01, построена матрица риска в зависимости от оценки риска на пассажирской канатной дороге (таблица 2).

На основании матрицы риска, рекомендаций по проведению риск-анализа и на основе количественной оценки риска предлагаются варианты управления безопасностью пассажирских канатных дорог - принятие управленческих решений (таблица 3).

Используя данные таблицы 3 по принятию одного из решений по оснащению канатной дороги дополнительными средствами спасения и эвакуации, либо выполнению корректировки трассы канатной дороги и/или выбору другого типа канатной дорога, конструктор на этапе проектирования добивается требуемого уровня безопасности.

На рисунке 7 представлен алгоритм расчета риска на этапе проектирования пассажирских канатных дорог. Алгоритм оценки риска пассажирских канатных дорог, разработанный в результате теоретических и экспериментальных исследований с учетом полученных в данной работе соотношений, представляет последовательность выполняемых процедур и операций по определению основных и дополнительных параметров безопасности канатной дороги.

Приведенная методика оценки и управления риском пассажирских канатных дорог с учетом зонирования трассы, способов эвакуации и функционального резервирования ответственных элементов, позволяет управлять риском по всей длине трассы за счет применения многодвигательных приводов.

По результатам оценки риска разрабатываются план и инструкция спасения и эвакуации пассажиров канатной дороги. В этих документах должны быть отражены основные показатели, влияющие на безопасность канатной дороги: лица, ответственные за порядок эвакуации; оборудование и приспособления, необходимые для проведения эвакуации; труднодоступные места на протяжении всей трассы канатной дороги; сроки проведения спасательных работ после возникновения аварийной ситуации; способы эвакуации пассажиров, пострадавших во время возникновения аварийной ситуации и т.п.

Общие выводы и рекомендации

Результаты выполненных теоретических исследований, анализ статистических и экспериментальных материалов позволили получить ряд выводов и практических результатов:

1. Анализ аварийных остановок показывает, что материальный и социальный ущерб от аварийных остановок пассажирских канатных дорог, работающих в интенсивном режиме, весьма значим, а проблеме повышения безопасности этого вида канатного транспорта, следует уделять особое внимание.

2. Установлено, что количество случаев аварий на канатных дорогах, связанное с эксплуатацией некачественно изготовленных или неисправных приводов, за прошедшее десятилетие составляет 22% от общего числа аварий, связанных с техническим состоянием канатных дорог.

3. При проведении риск-анализа ПКД рекомендуется рассматривать четыре группы опасностей: опасность, связанная с ошибочными действиями персонала; опасность, связанная с техническим состоянием канатных дорог; опасность, связанная с взаимодействием канатных дорог и окружающей средой; опасность, связанная с внешним антропогенным воздействием, не связанным с эксплуатацией канатных дорог.

4. Предложен метод оценки риска, учитывающий опасности возникновения аварийных остановок, методы эвакуации пассажиров и функциональное резервирование и, позволяющий управлять риском по всей длине трассы за счет применения многодвигательных приводов.

5. Разработан риск-анализ для пассажирских канатных дорог, позволяющий проводить расчет риска с учетом зонирования трассы канатной дороги и функционального резервирования ответственных элементов.

6. Предложен принцип функционального резервирования, основанный на использовании многодвигательного привода, распределенного по всей длине трассы.

7. Разработаны новые конструкции движителей (защищены патентами №2269443, №2283787, №2287444, №22337023 на изобретение) для канатных дорог с многодвигательным приводом, позволяющие реализовать принцип функционального резервирования на практике.

8. Проведены экспериментальные исследования на физической модели движителя для канатных дорог с многодвигательным приводом в лабораторных условиях. Анализ результатов испытаний движителя для канатных дорог с многодвигательным приводом показал, что данное устройство работоспособно и его, возможно, применить в реальных условиях эксплуатации. В результате экспериментальных исследований установлено, что при отказе до 70% от общего количества движителей привод обеспечивает тяговую способность, что в реальных условиях позволит переместить пассажиров до станции в случае возникновения аварийной ситуации.

9. Разработаны рекомендации для проектных организаций по применению риск-анализа при создании высоконадежных и эффективных пассажирских канатных дорог.

10. Разработана методика оценки н управления риском пассажирских

канатных дорог с учетом зонирования трассы, способов эвакуации и функционального резервирования ответственных элементов, которая внедрена на

предприятии по строительству канатных дорог «СКАДО».

Основное содержание диссертация отражено в следующих рабогах:

1. Кинжибалов A.B. О перспективах применения канатного транспорта / Короткий A.A., Маслов В.Б., Кинжибалов A.B. и др. // Безопасность труда в промышленности. — 2005, № 6. С. 30-34.

2. Кинжибалов A.B. Создание многофункциональных высокоэффективных и безопасных в эксплуатации пассажирских канатных дорог / Короткий A.A., Кинжибалов A.B. и др. // Сб. докладов и сообщений Уральского подъемно-транспортного конгресса, г.Екатеринбург, 6-9 ноября 2007 г. - Екатеринбург, 2008. - С. 82-86

3. Кинжибалов A.B. Пассажирская канатная дорога - особо опасный и технически сложный объект капитального строительства / Короткий A.A., Маслов В.Б., Кинжибалов A.B. и др. // Безопасность труда в промышленности. — 2007, № 11. С. 48-53.

4. Кинжибалов A.B. Повышение безопасности пассажирских канатных дорог на основе оценки риска несчастного случая при эвакуации людей/ Короткий A.A., Маслов В.Б., Кинжибалов A.B. и др. // Безопасность труда в промышленности. — 2008, № 6. С. 30-34.

5. Кинжибалов A.B. Оценка и управление риском пассажирских канатных дорог/ Короткий A.A., Маслов В.Б., Кинжибалов A.B. и др. // Изв. вузов . — 2008, № 1.С. 88-95.

6. Пат. RU 2269443 Мобильная подвесная канатная дорога' Короткий A.A., Хальфин М.Н., Маслов В.Б., Кинжибалов A.B. и др,: Заявл. 06.04.2005 г.; опубл. 10.02.2006 г., Бюл. № 4.

7. Пат. RU 2283787 Мобильная подвесная канатная дорога/ Короткий A.A., Хальфин М.Н., Маслов В.Б., Кинжибалов A.B. и др.: Заявл. 26.10.2005 г.; опубл. 20.09.2006 г., Бюл. № 26.

8. Пат. RU 2,287444 Подвесная канатная дорога/ Короткий A.A., Хальфин М.Н., Маслов В.Б., Кинжибалов A.B. и др.: Заявл. 06.04.2005 г.; опубл.

20.11.2006 г., Бюл. №32.

9. Пат. RU 22337023 Мобильная подвесная канатная дорога/ Короткий A.A., Хальфин M.H., Маслов В.Б., Кинжибалов A.B. и др.: Заявл.

24.01.2007 г.; опубл. 27.10.2008 г., Бюл. № 30.

10. Пат. RU 2299939 Стальной канат и способ его браковки/ Короткий A.A., Хальфин М.Н., Маслов В.Б., Кинжибалов A.B. и др.: Заявл. 13.04.2005 г.; опубл. 27.05.2007 г., Бюл. № 15.

11. Пат. RU 2299170 Способ определения качества каната с металлическим сердечником/ Короткий A.A., Хальфин М.Н., Маслов В.Б., Кинжибалов A.B. и др.: Заявл. 19.10.2005 г.; опубл. 20.05.2007 г., Бюл. № 14.

Кинжибалов Александр Владимирович

ПОВЫШЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПАССАЖИРСКИХ КАНАТНЫХ ДОРОГ НА ОСНОВЕ ОЦЕНКИ РИСКА И РЕЗЕРВИРОВАНИЯ ПРИВОДА

Автореферат

Подписано в печать 21.11,2008. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Ризография. Усл. печ. л. 1,5. Тираж 100 экз. Заказ № 958.

Типография Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института) 346428, г. Новочеркасск Ростовской области, ул. Просвещения, 132

ВВЕДЕНИЕ.

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Краткий обзор развития канатных дорог.

1.2 Перспективы применения канатных дорог.

1.3 Безопасность пассажирских канатных дорог.

1.4 Анализ аварий пассажирских канатных дорог за период 1997-2007 гг.

1.5 Современное состояние вопроса оценки риска пассажирских канатных дорог.

1.6 Применение принципов резервирования для обеспечения безопасности канатных дорог.

1.7 Выводы и постановка задач исследования.

2 ОЦЕНКА РИСКА КАНАТНЫХ ДОРОГ С

МНОГО ДВИГАТЕЛЬНЫМ ПРИВОДОМ.

2.1 Риск - как мера безопасности пассажирских канатных дорог.

2.2 Выбор метода оценки риска ПКД.

2.3 Идентификация опасностей на канатных дорогах.

2.4 Риск-анализ канатных дорог.

2.5 Способы резервирования ответственных элементов ПКД.

2.6 Схемы структурного резервирования ответственных элементов канатных дорог.

2.7 Расчет риска канатных дорог с учетом резервирования ответственных элементов,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,.

Выводы

3 ИССЛЕДОВАНИЕ КАНАТНЫХ ДОРОГ С

МНГОДВИГАТЕЛЬНЫМ ПРИВОДОМ.

3.1 Эффективность применения канатных дорог с много двигательным приводом.

3.2 Устройство многодвигательных приводов.

3.3 Определение количества и синхронизация работы приводов.

3.4 Тяговый расчет канатных дорог с многодвигательным приводом.

3.5 Расчет многодвигательного привода.

3.6 Влияние конструктивных особенностей привода на его тяговую способность.

Выводы

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЯГОВОЙ СПОСОБНОСТИ МНОГОДВИГАТЕЛЬНОГО ПРИВОДА КАНАТНОЙ ДОРОГИ.

4.1 Обоснование схемы проведения экспериментальных исследований.

4.2 Экспериментальная установка и объект исследования.

4.3 Методика проведения экспериментальных исследований.

4.4 Результаты экспериментальных исследований.

Выводы

5 МЕТОДИКА ОЦЕНКИ И УПРАВЛЕНИЯ РИСКОМ КАНАТНЫХ ДОРОГ С МНОГО ДВИГАТЕЛЬНЫМ ПРИВОДОМ.

5.1 Обоснование использования риска, как меры оценки безопасности пассажирских канатных дорог.

5.2 Этапы проведения анализа риска на стадии проектирования ПКД

5.3 Алгоритм оценки индивидуального риска канатной дороги.

Выводы

Актуальность работы. Пассажирские канатные дороги (ПКД) относятся к непрерывным видам транспорта и, так же, как автомобильный или железнодорожный транспорт участвуют в перевозке пассажиров. ПКД, как основной вид транспортной инфраструктуры в горноклиматических зонах и туристических комплексах являются, как правило, узловым звеном транспортных технологий, от них зависит не только нормальное функционирование всего комплекса, но и безопасность отдыхающих там людей.

Основной особенностью конструкции ПКД является то, что средства для транспортирования людей — вагоны, кресла, кабины - перемещаются на некотором расстоянии от поверхности земли по стальным канатам. В связи с этой особенностью их важнейшим преимуществом является возможность соединять конечные пункты по кратчайшему расстоянию, причем уклон трассы в вертикальной плоскости может достигать 45° и более, что делает невозможным применение автомобильного и железнодорожного транспорта.

Пункт 3 приложения 1 Федерального закона «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» (ФЗ-116) [1], к категории опасных производственных объектов относит, в том числе, и объекты, на которых используются стационарно установленные канатные дороги. Согласно статье 10 ФЗ-116 в целях обеспечения готовности к действиям по локализации и ликвидации последствий аварии организация, эксплуатирующая опасный производственный объект, обязана;

- планировать и осуществлять мероприятия по локализации и ликвидации последствий аварий на опасном производственном объекте;

- обучать работников действиям в случае аварии или инцидента на опасном производственном объекте.

При подготовленности работников опасного производственного объекта, инженерно технического персонала к действиям в случае возникновения аварии или инцидента на опасном производственном объекте, наличие планов ликвидации аварий (ПЛА, ПЛАС, ПЛАРН), ведет к снижению последствий аварии.

Статья 2.1.3 «Правил устройства и безопасной эксплуатации пассажирских подвесных и буксировочных канатных дорог» (ПБ 10-559-03) [3] предполагает при разработке проекта канатной дороги всестороннюю оценку риска аварии. При оценке риска аварий следует проанализировать различные сценарии, отражающие как наиболее типичные и вероятные, так и неблагоприятные (как правило, маловероятные) события. Однако, до настоящего времени отсутствуют какие-либо методы и методики по оценке риска аварий канатных дорог.

Согласно РД 03-496-02 авария - это разрушение сооружений и/или технических устройств, применяемых на опасном производственном объекте, неконтролируемые взрыв и/или выброс опасных веществ. Как показывает анализ аварийных ситуаций, аварий связанных с разрушением несущих элементов канатных дорог практически не происходит. Это связано с тем, что несущие элементы канатной дороги имеют повышенные запасы прочности. В соответствии со статьей 2.2.3 ПБ 10-559-03 запас прочности (отношение временного сопротивления материала к напряжению от максимальных статических нагрузок) всех несущих элементов механического оборудования ПКД должен быть не менее пяти. Большинство аварий происходит вследствие неквалифицированных действий персонала или внешних антропогенных воздействий.

Один из способов предотвращения возникновения аварий канатной дороги является использование на этапе проектирования принципов резервирования ответственных элементов (главный и резервный приводы, два взаиморезерви-рующих источника питания и т.п.).

Резервирование - одно из основных средств обеспечения заданного уровня безопасности ПКД при недостаточно надежных компонентах и элементах. Цель резервирования - обеспечить безотказность ПКД в целом, т. е. сохранить ее работоспособность, когда возник отказ одного или нескольких элементов.

На практике возможности применения резервирования ограничиваются допустимыми значениями массы, объёма, стоимости и/или других параметров резервируемого устройства. Поэтому приходится решать задачу оптимального резервирования, имеющую два аспекта: обеспечение максимального значения показателей безопасности при заданном значении ограничивающего фактора и обеспечение заданных значений показателей безопасности при -минимальном значении ограничивающего фактора.

Согласно статье 6.4 ПБ 10-559-03 общая длительность проведения спасательных работ, предусмотренная в плане эвакуации и спасения, не должна превышать 3 часа. При этом отсчет времени начинается с момента остановки дороги и продолжается до момента спасения последнего пассажира и доставки его в установленное место.

При проведении спасательных работ возникает опасность для жизни и здоровья пассажиров, связанная с их эвакуацией из подвижного состава канатной дороги и доставкой к месту сбора. Проведение спасательных и эвакуационных работ сопряжено с определенным риском не только для пассажиров, обслуживающего персонала канатной дороги, но и для всех лиц, находящихся в зоне потенциальной опасности.

В связи с этим имеет смысл ввести новое понятие события, связанного с отказом канатной дороги — «аварийная остановка».

Аварийная остановка — остановка канатной дороги, требующая проведения спасения и эвакуации пассажиров.

В связи с этим настоящая работа посвящена разработке метода оценки и управления безопасностью пассажирских канатных дорог при аварийных остановках и разработке рекомендаций, позволяющих осуществлять проектирование пассажирских канатных дорог с заданными параметрами и степенью безопасности.

Работа выполнена на кафедре «Подъемно-транспортные машины и роботы» Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института) в рамках научного направления «Оценка, прогноз и повышение производственной и экологической безопасности жизнедеятельности», утвержденного Ученным советом ЮРГТУ (HI Ш) 25.04.2001 г., по госбюджетной теме кафедры «Подъемно-транспортные машины и роботы» П3.842 «Экспертиза подъемно-транспортных машин повышенной опасности».

Цель работы. Повышение безопасности пассажирских канатных дорог путем оценки риска и резервирования привода.

Научные положения. в Оценка риска на основе статистических данных о количестве пассажирских канатных дорог, аварийных остановок, способов эвакуации и функционального резервирования позволяет получить качественные и количественные показатели для управления риском ПКД.

• Риск-анализ для пассажирских канатных дорог, основанный на идентификации опасностей, зонировании трассы и функциональном резервировании позволяет сократить риск возникновения аварийных остановок.

8 Повышение безопасности ПКД большой протяженности в сложных рельефно-климатических условиях достигается применением функционального резервирования на основе использования многодвигательных приводов.

Степень достоверности результатов, проведенных исследований. Степень достоверности, полученных результатов подтверждается:

• значительным объемом статистических данных по количеству пассажирских канатных дорог, аварийных остановок и травматизма (22000 канатных дорог);

• использованием методов теории рисков и катастроф;

• использованием методов математической статистики для обработки результатов теоретических и экспериментальных исследований;

• сходимостью теоретических и лабораторных результатов исследований тяговой способности движителя многодвигательных приводов (расхождение составляет не более 11%).

Новизна научных положений. Научная новизна заключается в следующем: в предложен метод оценки риска ПКД, учитывающий опасности возникиовения аварийных остановок, методы эвакуации пассажиров и функциональное резервирование на основе применения многодвигательных приводов, позволяющий управлять риском по всей длине трассы;

• разработан риск-анализ для ПКД, позволяющий проводить расчет риска с учетом зонирования трассы канатной дороги и функционального резервирования ответственных элементов; в предложен принцип функционального резервирования, основанный на использовании многодвигательного привода, распределенного по всей длине трассы.

Практическая значимость работы.

• Предложена методика оценки и управления риском пассажирских канатных дорог с учетом зонирования трассы, способов эвакуации и функционального резервирования ответственных элементов.

• Разработаны новые конструкции движителей для канатных дорог с многодвигательным приводом (защищены патентами №2269443, №2283787, №2287444, № 22337023 на изобретение).

• Создана физическая модель, позволяющая исследовать тяговую способность движителей канатных дорог с много двигательным приводом.

• Разработаны рекомендации для проектных организаций по применению риск-анализа при создании высоконадежных и эффективных пассажирских канатных дорог.

Реализация работы. Методика оценки и управления риском пассажирских канатных дорог внедрена на предприятии по строительству канатных дорог «СКАДО», г. Самара (ЗАО СКАДО).

Полнота изложения материалов диссертации в опубликованных работах. Общее содержание и основные положения работы докладывались на: международной научно-технической конференции «Производство и ремонт машин» (Ставрополь, 2005 г.); конференциях и научных семинарах кафедры

ПТМиР ЮРГТУ (НПИ) (Новочеркасск, 2003 - 2006 гг.); техническом совете ЗАО «СКАДО» (Самара, 2006-2007 гг.); Уральском подъемно-транспортном Конгрессе (Екатеринбург, 2007 г.); научно-техническом семинаре по пассажирским канатным дорогам (Сочи, 2008 г.).

По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ, из них в реферируемых изданиях, рекомендованных ВАК — 4, получено 6 патентов Российской Федерации.

Выводы

1. Дано обоснование использования риска, как меры оценки безопасности пассажирских канатных дорог.

2. Предложен алгоритм оценки и управления индивидуальным риском перевозимых пассажиров, основанный на зонировании трассы канатной дороги с учетом рельефа местности, путей и способов эвакуации и резервировании ответственных элементов.

3. Разработана методика оценки и управления риском пассажирских канатных дорог с учетом зонирования трассы, способов эвакуации и функционального резервирования ответственных элементов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты выполненных теоретических исследований, анализ статистических и экспериментальных материалов позволили получить ряд выводов и практических результатов:

1. Анализ аварийных остановок показывает, что материальный и социальный ущерб от аварийных остановок пассажирских канатных дорог, работающих в интенсивном режиме, весьма значим, а проблеме повышения безопасности этого вида канатного транспорта, следует уделять особое внимание.

2. Установлено, что количество случаев аварий на канатных дорогах, связанное с эксплуатацией некачественно изготовленных или неисправных приводов, за прошедшее десятилетие составляет 22% от общего числа аварий, связанных с техническим состоянием канатных дорог.

3. При проведении риск-анализа ПКД рекомендуется рассматривать четыре группы опасностей: опасность, связанная с ошибочными действиями персонала; опасность, связанная с техническим состоянием канатных дорог; опасность, связанная с взаимодействием канатных дорог и окружающей средой; опасность, связанная с внешним антропогенным воздействием, не связанным с эксплуатацией канатных дорог.

4. Предложен метод оценки риска, учитывающий опасности возникновения аварийных остановок, методы эвакуации пассажиров и функциональное резервирование и, позволяющий управлять риском по всей длине трассы за счет применения многодвигательных приводов.

5. Разработан риск-анализ для пассажирских канатных дорог, позволяющий проводить расчет риска с учетом зонирования трассы канатной дороги и функционального резервирования ответственных элементов.

6. Предложен принцип функционального резервирования, основанный на использовании многодвигательного привода, распределенного по всей длине трассы.

7. Разработаны новые конструкции движителей (защищены патентами №2269443, №2283787, №2287444, №22337023 на изобретение) для канатных дорог с многодвигательным приводом, позволяющие реализовать принцип функционального резервирования на практике.

8. Проведены экспериментальные исследования на физической модели движителя для канатных дорог с многодвигательным приводом в лабораторных условиях. Анализ результатов испытаний движителя для канатных дорог с многодвигательным приводом показал, что данное устройство работоспособно и его, возможно, применить в реальных условиях эксплуатации. В результате экспериментальных исследований установлено, что при отказе до 70% от общего количества движителей привод обеспечивает тяговую способность, что в реальных условиях позволит переместить пассажиров до станции в случае возникновения аварийной ситуации.

9. Разработаны рекомендации для проектных организаций по применению риск-анализа при создании высоконадежных и эффективных пассажирских канатных дорог.

10. Разработана методика оценки и управления риском пассажирских канатных дорог с учетом зонирования трассы, способов эвакуации и функционального резервирования ответственных элементов, которая внедрена на предприятии по строительству канатных дорог «СКАДО».

1. Федеральный закон «О промышленной безопасности опасных производственных объектов». Госгортехнадзор России. — М.: НТЦ «Промышленная безопасность», 1998. 32с.

2. Безопасность России. Экономическая безопасность. М.: МГФ «Знание», 1998,-383с.

3. Кузьмин И.И., Махутов Н.А., Хетагуров С.В. Безопасность и риск. Эколого-экономические аспекты. СПГУЭФ, 1997, - 164с.

4. Короткий А.А. Методологические основы оценки, прогнозирования и управления промышленной безопасностью подъемных сооружений. Диссерт. докт. техн. наук. Новочеркасск. НГТУ, 1997. - 234с.

5. Котельников B.C. Методы диагностики и риск-анализа металлоконструкций грузоподъемных машин в управлении их безопаснсотью. Диссерт. докт. техн. наук. Новочеркасск. НГТУ, 2006. - 374с.

6. Соколов С.А., Карзов Г.П. Прочность и долговечность металлических конструкций ПТМ: Учеб. пособие. Д.: изд. ЛИИ, 1989. - 88с.

7. Короткий А.А., Логвинов А.С., Павленко А.Н., Хальфин М.Н. Техническая экспертиза аварии мостового крана. Новочеркасск: НПИ, 1993. - с.7. Деп. в ВИНИТИ 14.05.93., № 1279-В-93.

8. Дюге Д. Теоретическая и прикладная статистика. М.: Наука, 1972. -383с.

9. Аронов И.З. Современные проблемы безопасности технических систем и анализ риска. // Стандарты и качество, 1998, № 3. С.45-51.

10. Злобин Б.Б. Проблемы управления риском техногенных катастроф. // Проблемы региональной экологии, 1998, № 1. С.81-87.

11. Гнеденко Б.В. Курс теории вероятностей. М.: Наука, 1969.

12. Елагин Ю.П. Понятие «безопасность» // Атомная энергетика, т.80, вып.6, июнь 1996. С.415-420.

13. Радиация. Дозы, эффекты, риск. М.: Мир, 1988. - 79с.

14. Successfull Health & Safety Management Health and Safety series booklet HS(G).USE book. 1993.

15. ДадоновЮ.А., Решетов A.C., Ефименко В.И. и др. Методические указания по проведению анализа риска опасных промышленных объектов. // Безопасность труда в промышленности, 1997, № 2. С.46-56.

16. Азанов С.Н., Вангородский С.Н., Корнейчук Ю.Ю., Костров А.В., Мухин И.И. Еще раз о риске. // Проблема безопасности при чрезвычайных ситуациях. Вып. 7. -М.: ВИНИТИ, 1999. С.32-51.

17. LomnitzC., Rosenblueth Е. Seismic and Engineering Decisions, Elsevier Scientific Publishing Company, New York, 1976, pp. 186-336.

18. Панасенко H.H., Дементьева H.M. и др. Разработка методов расчета на надежность металлоконструкций и механизмов сейсмостойких грузоподъемных кранов атомных станций: Отчет о НИР. № ГР 01870025233. Инв. № ВНТИЦ 02890037366. Новочеркасск: НПИ, 1989. 210с.

19. Короткий А.А., Маслов В.Б., Кинжибалов А.В. и др. О перспективах применения канатного транспорта // Безопасность труда в промышленности. — 2005, № 6. С. 30-34.

20. Короткий А.А., Маслов В.Б., Кинжибалов А.В. и др. Пассажирская канатная дорога особо опасный и технически сложный объект капитального строительства // Безопасность труда в промышленности. — 2007, № 11. С. 48-53.

21. Короткий А.А., Маслов В.Б., Кинжибалов А.В. и др. Повышение безопасности пассажирских канатных дорог на основе оценки риска несчастного случая при эвакуации людей // Безопасность труда в промышленности. — 2008, № 6. С. 30-34.

22. Короткий А.А., Маслов В.Б., Кинжибалов А.В. и др. Оценка и управление риском пассажирских канатных дорог // Изв. вузов . — 2008, № 1. С. 88-95.

23. Маршал В. Основные опасности химических производств. // Пер. с англ. М.: Мир, 1989. - 671с.

24. Кузмин И.В. Безопасность и технический риск: системно-динамический подход. // Журнал Всесоюзного химического общества им. Д.И. Менделеева. 1990. - XXXY, № 4. - С.415-420.

25. Потехин Г.С., Прохоров Н.С., Терещенко Г.Ф. Управление риском в химической промышленности. // Журнал Всесоюзного химического общества им. Д.И. Менделеева. 1990. - XXXY, № 4. - С.421-424.

26. Мушик Э., Мюллер Ф. Методы принятия технических решения. // Пер. с нем. М.: Мир, 1990. - 206с.

27. Управление риском в социально-экономических системах: концепция и методы ее реализации. 4.1. // Проблема безопасности при чрезвычайных ситуациях. 1995. - Вып. 11. — С.3-35.

28. Измалков В.И., Измалков А.В. Техногенная и экологическая безопасность и управление риском. — С.-Петербург: НИЦЭБ РАН, 1998.

29. Вихров А.И., Семенов В.Г. Безопасность риск и устойчивость сложных систем. // Проблема безопасности при чрезвычайных ситуациях. Вып. 3. М.: ВИНИТИ, 1999. - С.21-29.

30. Елохин А.Н., Черноплеков А.Н., Лебедев А.В. Методы анализа риска аварий на предприятиях нефтяной промышленности. // Проблема безопасности при чрезвычайных ситуациях. Вып. 2. — М.: ВИНИТИ, 1999. С.15-19.

31. Мартынюк В.Ю., Лисанов М.В., Кловач Е.В., Сидоров В.И. Анализ риска и его нормативное обеспечение. // Безопасность труда в промышленности, 1995, № 11. — С.55-62.

32. Общие положения обеспечения безопасности атомных станций (ОПБ-88/97) / Госатомэнергонадзор. М.: Энергоатомиздат, 1997. -47с.

33. Дукельский А.И. Подвесные канатные дороги и кабельные краны. М.-Л.: Машиностроение, 1966, С.484.

34. Беркман М.Б. и др. Подвесные канатные дороги. М.: Машиностроение, 1984, С.264.

35. Злобин Б.Б. Проблемы управления риском техногенных катастроф. // Проблемы региональной экологии, 1998, № 1. С.81-87.

36. Воробьев Ю.Л., Малинецкий Г.Г., Махутов Н.А. Теория риска и технологии обеспечения безопасности. Подход с позиции нелинейной динамики. Часть II. // Проблема безопасности при чрезвычайных ситуациях. Вып. 1.-М.: ВИНИТИ, 1999. С. 18-41.

37. Воробьев Ю.Л., Малинецкий Г.Г., Махутов Н.А. Теория риска и технологии обеспечения безопасности. Подход с позиции нелинейной динамики. Часть I. // Проблема безопасности при чрезвычайных ситуациях. Вып. 11.-М.: ВИНИТИ, 1998. С.26-41.

38. Шпете Г. Надежность несущих строительных конструкций. Перев. с нем. М.: Стойиздат, 1994. - 188с.

39. Хенли Э.Дж., Кумамото X. Надежность технических систем и оценка риска. М.: Машиностроение, 1984. - 528с.

40. Диллон Б.,Сингх Ч. Инженерные методы обеспечения надежности систем. Перев. с англ. М.: Мир, 1984. - 31с.

41. Коваленко И.Н., Кузнецов Н.Ю. Методы расчета высоконадежных систем. -М.: Радио и связь, 1988. 176с.

42. Спиваковский А.О., Дьячков В.К. Транспортирующие машины: Учеб. пособие для машиностроительных вузов. — 3-е изд. перераб. М.: Машиностроение, 1983. — 487с.

43. Болотин В.В. Ресурс машин и конструкций. М.: Машиностроение, 1990. - 448с. ISBN 5-217-00840-7.

44. Брауде В.И. Вероятностные методы расчета грузоподъемных машин. Л.: Машиностроение (Ленингр. отд-ние), 1978. - 232с.

45. Брауде В.И., Семенов Л.Н. Надежность подъемно-транспортных машин: Учебное пособие. Л.: Машиностроение (Ленингр. отд-ние), 1986. -183с.

46. Волков Д.П., Николаев С.Н. Надежность строительных машин и оборудования: Учебное пособие для студентов вузов. — М.: Высш. школа, 1979.-400с.

47. Ржаницын А.Р. Теория расчета строительных конструкций на надежность. М.: Стойиздат, 1978. - 238с.

48. Капур К., Ламберсон Л. Надежность и проектирование систем. Пе-рев. с англ. М.: Мир, 1980. - 604с.

49. Ржаницын А.Р. Теория расчета строительных конструкций на надежность. М.: Стойиздат, 1978. - 238с.

50. Кочаев В.П., Махутов Н.А., Гусенков А.П. Расчеты деталей машин конструкций на прочность и долговечность. М.: Машиностроение, 1985. - 224с.

51. Безопасность в ядерной энергетики / Под ред. Дж. Раста и Л. Уивера. Перев. с англ. М.: Атомиздат, 1980. - 153с.

52. NASG/B Nr 6-95Е Pr EN 1050 (NASG/GA 0 Nr 27-96Е). Европейский стандарт. Безопасность машинного оборудования Принципы оценки риска. — Брюссель, 1996. — 22с.

53. Нормы расчета надежности систем важных для безопасности АС на этапе проектирования. М.: Атомиздат, 1988. - 132с.

54. Самойлов О.Б., Бахметьев A.M., Чирков В.А. Вероятностные методы в исследованиях безопасности атомных станций: Учебное пособие. — Горький: ГПИ им. А.А. Жданова, 1985. 74с.

55. Надежность теплоэнергетического оборудования ТЭС и АЭС: Учебное пособие для теплоэнергетических и энергомашиностроительных вузов / Под ред. А.И. Андрющенко. Л.: Выс. школа, 1991. - 303с.

56. Барлоу Р., Прошан Ф. Статистическая теория надежности и испытания на безотказности. Перев. с англ. М.: Наука, 1984. - 328с.

57. Надежность и эффективность в технике: Справочник в Ют. Т.2.: Математические методы в теории надежности и эффективности. / Под ред. Б.В. Гнеденко. М.: Машиностроение, 1987. - 280с.

58. Надежность и эффективность в технике: Справочник в Ют. Т.1.: Методология. Организация. Терминология. / Под ред. А.И. Рембезы. М.: Машиностроение, 1986. - 224с.

59. Брауде В.И. Расчет надежности и выносливости крановых деталей. / Труды ЛИВТ. Вып. 76, 1964. С.5-16.

60. Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике. М.: «Джан-гар», 1998.-863с.

61. Северцев Н.А., Дивеев А.И. Оценка безопасности технических изделий//Проблемы машиностроения и надежности машин, 1998, № 1. -С.95-99.

62. Павленко А.Н. Количественная оценка риска эксплуатации мостовых кранов по их фактической нагруженности: Автореф. дис. канд. техн. наук. — Новочеркасск, 1999. 20с.

63. Вероятностный анализ запроектных аварий Ростовской АЭС. — М. Министерство атомной энергетики и промышленности СССР. Всесоюзный государственный научно-исследовательский проектно-конструкторский и изыскательский институт Атомэнергопроект, 1990. 300с.

64. Клемин А.И., Емельянов B.C., Морозов В.Б. Расчет надежности ядерных энергетических установок: Марковская модель. — М.: Энергоиз-дат, 1982.-208с.

65. Клемин А.И. Расчет надежности ядерных энергетических установок: Основы расчета. -М.: Энергоиздат, 1987. 344с.

66. Sind die Behalter fur den Transport von Brennelementen sich-er? // Atom + Strom, Jg.23(1973), Heft 6. s.161-179.

67. Казак С.А. Статистическая динамика и надежность подъемно-транспортных машин: Учебное пособие. Свердловск: изд. УПИ, 1987.-86с.

68. Пат. RU 2269443 Мобильная подвесная канатная дорога/ Короткий А.А., Хальфин М.Н., Маслов В.Б., Кинжибалов А.В. и др.: Заявл. 06.04.2005 г.; опубл. 10.02.2006 г., Бюл. № 4.

69. Пат. RU 2283787 Мобильная подвесная канатная дорога/ Короткий А.А., Хальфин М.Н., Маслов В.Б., Кинжибалов А.В. и др.: Заявл. 26.10.2005 г.; опубл. 20.09.2006 г., Бюл. № 26.

70. Пат. RU 2287444 Подвесная канатная дорога/ Короткий А.А., Хальфин М.Н., Маслов В.Б., Кинжибалов А.В. и др.: Заявл. 06.04.2005 г.; опубл. 20.11.2006 г., Бюл. № 32.

71. Пат. RU 22337023 Мобильная подвесная канатная дорога/ Короткий А.А., Хальфин М.Н., Маслов В.Б., Кинжибалов А.В. и др.: Заявл. 24.01.2007 г.; опубл. 27.10.2008 г., Бюл. № 30.

72. РД 03-496-02 «Методические рекомендации по оценке ущерба от аварий на опасных производственных объектах».

73. РД 03-418-01 «Методические указания по проведению анализа риска опасных производственных объектов».

74. Положение о расследовании несчастных случаев на производстве (утверждено Постановлением Правительства РФ 11.03.99 № 279, с изменениями и дополнениями Правительства РФ от 28.01.00 № 78 и 24.05.00 № 406).

75. ГОСТ 27.002-89 (2005). Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения.

76. РТМ 24.095.02 «Дороги подвесные канатные пассажирские с неот-цепляемыми креслами. Основные требования к проектированию». С. 122.

77. ГОСТ Р 51901.14-2005. Менеджмент риска. Метод структурной схемы надежности.

78. ГОСТ Р 51901-2002 «Управление надежностью. Анализ риска технологических систем»