Постановка проблемы. Современные технологические процессы изготовления продукции машиностроения во многих случаях сопровождаются промежуточным контролем качества изделий. В связи с этим важное значение приобретают неразрушающие методы контроля качества, которые позволяют не только обнаруживать дефекты на поверхности или в толще изделия, но и определять их форму и размеры, а также пространственное положение. Каждый из этих методов обладает определенными преимуществами, что позволяет с большей точностью выявлять те или иные типы дефектов. Процессы образования и роста дефектов ставят под угрозу возможность безаварийной эксплуатации подвижного состава. Обеспечение безопасности движения за счет своевременного обнаружения заводских и усталостных дефектов в ответственных элементах пути и подвижного состава приносит огромный экономический эффект и служит сохранению человеческих жизней [1].

Изложение основного материала. Железнодорожный транспорт является крупнейшей отраслью народного хозяйства, мощность которого определяет пропускная и провозная способность дороги. Эти показатели определяются пассажирскими и грузовыми потоками [2]. Для увеличения объемов грузовых перевозок необходима надежная и бесперебойная работа железнодорожного пути. Наиболее часто причиной излома рельсов в пути являются поперечные трещины в головке рельса, которые развиваются под отслоениями и выкрашиваниями металла на поверхности катания. В процессе УЗК сигналы, сформированные переотражениями в слое между поверхностью катания головки и продольной трещиной, по своей форме могут не отличаться от сигналов, отраженных от поперечной трещины. Следовательно, возникают ошибки при интерпретации данных УЗК и неправильная оценка степени опасности дефектных рельсов [3].

Расслоение и выкрашивание головки рельса является источником образования поперечных трещин. При этом с ростом глубины расслоения вероятность возникновения поперечных трещин возрастает, что увеличивает вероятность возникновения излома. Оценка уровня эксплуатационной стойкости и надежности дефектных рельсов по результатам УЗК, выполняемого с помощью дефектоскопа с функцией определения допустимой нагрузки на участок рельса в режиме on-line, осуществлялась путем установления связи условных размеров дефектов с максимальной статической нагрузкой выдерживаемой дефектными рельсами до полного излома под прессом. Проконтролированные дефектные рельсы вырезались и ломались с помощью специального пресса. В момент излома рельса фиксировались максимальная статическая нагрузка F и стрела прогиба рельса l. Поверхность катания дефектного рельса и поверхность излома фотографировались.

Производился совместный анализ данных УЗК и излома дефектных рельсов. Всего было обработано 33 дефектных и остродефектных рельсов типа R-65 изъятых из пути с пропущенным тоннажем (200 — 300) млн. тонн и грузонапряженностью (15÷30) млн. т. в год. Из представленных данных следует:

1. Чем больше развит дефект в рельсе, тем больше его условные размеры (H_max, ΔH, L) и тем меньше сила излома F и стрела прогиба l.
2. Для рельсов, имеющих повреждения головки в виде расслоений поверхности катания из которых развиваются поперечные трещины, сигналы, сформированные по каналу 70° не полностью перекрываются сигналами, принятыми по каналу 0°. Наличие расслоения определяется по отсутствию донного сигнала в канале 0°.
3. При отсутствии поперечных трещин, независимо от условных размеров дефекта, В-индикации канала 70° полностью перекрываются сигналами канала 0°.

В качестве максимально допустимой статистической нагрузки, при которой рельс еще может эксплуатироваться, выберем величину F₀=120 т. Этому значению F₀ соответствует ΔH=20 мм. Аналогичные расчеты, выполненные для сигналов, принятых по каналу 70° показывают, что в случае F₀=120 т., допустимое значение соответствующей максимальной глубины H_max=20 мм.

На основании вышеизложенного разработан алгоритм принятия решения о дефектности рельса по сигналам дефектоскопа с функцией определения допустимой нагрузки на участок рельса в режиме on-line для рельсов имеющих повреждения головки в виде расслоения поверхности катания из которых развиваются поперечные трещины.

Технико — экономическая эффективность проекта

Базы данных дефектных рельсов и статистическая оценка их эксплуатационной стойкости позволяют прогнозировать техническое состояние рельсов. Указанный прогноз осуществляется путем сравнительного анализа сигналов полученных при УЗК дефектных рельсов в разное время.

Ультразвуковой контроль рельсов с помощью дефектоскопа с функцией определения допустимой нагрузки на участок рельса в режиме on-line по техническому состоянию позволяет значительно уменьшить необходимые трудозатраты при сохранении требуемого уровня безопасности движения поездов.

Выполним в соответствии с известными рекомендациями [4] c известными оценку стоимости реализации проекта. План-график реализации проекта приведен в таблице 1.

Таблица 1

План-график выполнения работ

Общая сумма затрат на выполнение проекта составляет 220 тыс. руб. при сроке выполнения 9 месяцев. Определим величину дисконта. Расчет дисконта проводится по формуле [5, с.106]:

d = a + b + c,                                                                                                                                          (1)

где a – принимаемая цена капитала (очищенная от  инфляции) или доходность альтернативных проектов вложения финансовых средств, принимается равной 10% – это ставка депозита; b – уровень премии за риск для проектов данного типа (в соответствии с классификацией инновации), исходя из данных, приведенных ниже (табл. 1), принимается равной 10%; c – уровень инфляции установлен Министерством Экономического Развития РФ и составляет 5,6%.

Определение премии за риск производим на основе методики, предложенной М.Н. Берлизовым [6, c.61]. Так как дефектоскоп с функцией определения допустимой нагрузки на участок рельса в режиме on-line является новой технологией или методом, значение среднего класса инноваций составит 6. Из таблицы 2 определяем, что премия за риск в этом случае составит 10%.

Таблица 2

Определение премии за риск, исходя из соотношения среднего класса инноваций и средней премии за риск [4, с.63]

Определим величину рассчитанного дисконта, подставляя значения в формулу (1):

d= 10% + 10% + 5,6% = 25,6%.

Так как период дисконтирования составляет квартал, то есть, разбит на 3 периода, используем преобразованный дисконт согласно  следующей формуле:

                                                                                                                                 (2)

где d – рассчитанный дисконт, равный 25,6%; t – период измерения, равный кварталу.

Расчет денежного потока для данного инвестиционного проекта приведен в таблице 3.

Таблица 3

Расчет денежного потока, тыс.руб.

Срок окупаемости проекта представляет собой расчетную дату, начиная с которой NPV принимает устойчивое положительное значение. Такой датой является 2-й квартал. Индекс доходности – это отношение суммарного дисконтированного дохода к суммарным дисконтированным затратам. Рассчитаем индекс доходности ИД по формуле:

                                                                                                                                       (3)

где ЧДД – чистый дисконтированный доход, равный 160,38 тыс.руб. (данные табл.3); К ₀ – приведенная величина использованных капиталовложений, равная 160,38 тыс.руб. (данные табл.3)

Следовательно, подставляя данные в формулу (3):

ИД = (160,38/160,38)+1 = 1+1 = 2.

Индекс доходности ИД данного проекта = 2. Это означает, что прибыль с каждым годом накапливается. Рентабельность проекта рассчитывается по следующей формуле [7, с.63]:

                                                                                                                               (4)

где Р –рентабельность инвестиционного проекта; n – срок реализации проекта

Следовательно: Р = (2-1)/3 х100% = 33,3%.

Рентабельность данного проекта равна 33,3% свидетельствует о том, что проект окупается и повышает производительность, выручку и снижает себестоимость. Таким образом, результаты вычислений показывают, что чистая приведённая стоимость NPV после 2-го квартала стала больше 0, следовательно, проект успешен. Так же видно, что условие Т_ок < T_норм выполняется 2 < 3, т.е. проект окупается в течение реализации. Индекс доходности ИД > 1, при рентабельности проекта более 33%. Это позволяет сделать вывод о большой вероятности успешности данного проекта.

Заключение: существующая система неразрушающего контроля соответствует необходимому уровню обеспечения безопасности движения поездов, но требует постоянного развития и совершенствования, изучения зарубежного опыта и привлечения квалифицированных специалистов.

Современные дефектоскопы с функцией определения допустимой нагрузки на участок рельса в режиме on-line, что были рассмотрены в статье, позволяют обеспечить надежное и бесперебойное функционирование перспективных участков железнодорожного пути, где панируется внедрение скоростного движения на железных дорогах России при безусловном обеспечении необходимого уровня безопасности движения.