- Trang Chủ
- Quy hoạch - Đô thị
- Giới thiệu phương pháp đánh giá an toàn cho hệ thống hãm đoàn tàu đường sắt đô thị nhằm nâng cao tính an toàn cho đoàn tàu đường sắt đô thị tại Việt Nam
Xem mẫu
- GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ AN TOÀN
CHO HỆ THỐNG HÃM ĐOÀN TÀU ĐƯỜNG SẮT ĐÔ THỊ
NHẰM NÂNG CAO TÍNH AN TOÀN CHO ĐOÀN TÀU
ĐƯỜNG SẮT ĐÔ THỊ TẠI VIỆT NAM
TS. Lê Công Thành
ThS. Nguyễn Văn Hùng
Viện KH và CN GTVT
Lê Trung Hiếu
Ban Quản lý ĐSĐT Hà Nội
TÓM TẮT:
Trên thế giới, tại hầu hết các nước phát triển việc đánh giá an toàn hệ thống đường sắt
rất được coi trọng, họ đều có các tổ chức chuyên biệt phục vụ công tác này. Đối với những
hệ thống đường sắt xây mới thì đều cần có chứng nhận an toàn hệ thống trước khi đưa và
khai thác sử dụng. Để có thể đưa ra được chứng nhận an toàn hệ thống ĐSĐT (ĐSĐT)
trước hết cần có các tổ chức có đủ năng lực có thể thực hiện đánh giá an toàn hệ thống. Tuy
nhiên tại nước ta hiện nay hầu như chưa có đơn vị nào có đủ khả năng để đảm nhiệm vai
trò này mà phải đi thuê đơn vị nước ngoài vậy nguyên nhân do đâu?
Một trong những nguyên nhân cần phải được giải quyết đó là chưa có những nghiên
cứu, những hướng dẫn đối việc đánh giá an toàn các chi tiết, hệ thống cụ thể từ đó có cơ sở
để đánh giá an toàn cho toàn bộ hệ thống (trong đó có hệ thống hãm).
Bài viết này giới thiệu khái quát về cách thức xây dựng mô hình và đề xuất phương
pháp đánh giá an toàn đối với hệ thống hãm đoàn tàu ĐSĐT tại Việt Nam.
ABSTRACT:
For most of developed countries around the world, the safety assessment of railway
systems is critically important. They have specialized organizations for this work. Newly
built railway systems require a system safety certificate before it starts official operation.
In order to be able to issue a safety certificate for an Urban Railway (UMRT) system, it is
first necessary to have qualified organizations to perform safety assessment. Unfortunately,
our country is home to no entity capable of taking this role. Rather, we have to hire foreign
entities. What is the underlying reason for this?
One of the reasons that need to be resolved is that there are no studies and guidelines
for the safety assessment of specific details and systems, serving as basis to evaluate the
safety of an entire system. (including brake system).
This article provides an overview of how to build a model and proposes a safety
assessment method for the UMRT train braking system in Vietnam.
385
- I. KHÁI QUÁT CHUNG
1. Đặt vấn đề
Hệ thống Đường sắt đô thị (ĐSĐT) là hệ thống giao thông công cộng trong một thành
phố hoặc quốc gia đô thị, di chuyển trên những tuyến đường ray được xây phần lớn ở dưới
lòng đất hoặc trên không. So với hệ thống giao thông công cộng trên mặt đất như taxi, xe
bus, hệ thống ĐSĐT có những ưu điểm vượt trội như: tốc độ cao, duy trì nhiều chuyến
trong ngày với lượng khách chuyên chở lớn, thuận tiện và thoải mái. Đặc biệt, giống như
xe bus nhưng đoàn tàu ĐSĐT lại hữu ích trong việc đi lại hơn và đảm bảo được chất lượng
an toàn trong cuộc sống nhiều hơn.
ĐSĐT hiện nay được coi là một bộ phận quan trọng của Quy hoạch phát triển giao
thông vận tải ở các thành phố lớn của Việt Nam, nó được coi là xương sống của mạng lưới
giao thông công cộng, kỳ vọng sẽ mở ra một kỷ nguyên mới của vận tải khối lượng lớn,
đáp ứng nhu cầu đi lại của Nhân dân. Thủ đô Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh là 2 đầu
tầu, đòn bẩy phát triển chung cho nền kinh tế của cả nước, hiện nay đã bước đầu đẩy mạnh
phát triển hệ thống ĐSĐT, tầu điện ngầm phục vụ giao thông công cộng, điển hình là việc
xây dựng các tuyến ĐSĐT: Cát Linh - Hà Đông, Nhổn - Ga Hà Nội, Bến Thành - Suối tiên,
Bến Thành - Tham Lương...
Trong quá trình xây dựng, hoàn thiện và vận hành các dự án này chúng ta đều đã nhận
thấy rằng việc đánh giá an toàn hệ thống của các đoàn tàu ĐSĐT là hết sức quan trọng
trong việc đảm bảo an toàn cho người sử dụng, cho tài sản, kết cấu đường sắt.....Việc đánh
giá an toàn không đảm bảo tính chính xác là một trong những nguyên nhân chính của
những rủi ro trong việc vận hành các đoàn tàu ĐSĐT sau này. Trên thế giới, tại hầu hết các
nước phát triển việc đánh giá an toàn hệ thống đường sắt rất được coi trọng họ đều có các
tổ chức chuyên biệt phục vụ công tác này. Đối với những hệ thống đường sắt xây mới thì
đều cần có chứng nhận an toàn hệ thống trước khi đưa và khai thác sử dụng; còn đối với
các hệ thống đã sử dụng thì sẽ được đánh giá an toàn hệ thống theo định kỳ. Hiện nay công
tác này tại Việt nam vẫn đang hoàn toàn dựa vào các đơn vị tư vấn nước ngoài mà chưa có
một đơn vị đánh giá độc lập nào của Việt Nam có thể thực hiện được.
Để có thể thực hiện công tác đánh giá an toàn hệ thống ĐSĐT có hiệu quả chúng ta cần
tập hợp được kết quả đánh giá an toàn của nhiều hạng mục công việc khác nhau: Từ hồ sơ
pháp lý, quy trình sản xuất cho đến việc đánh giá tính an toàn của các tiêu chí kỹ thuật( hệ
thống hãm, hệ thống ray, hệ thống cấp điện, hệ thống thông tin, tín hiệu...) trong đó có thể
nói việc đánh giá tính an toàn của các chỉ tiêu kỹ thuật là công việc khó khăn nhất và ảnh
hưởng lớn nhất đến tính an toàn của hệ thống. Mà muốn đánh giá được các chỉ tiêu này,
chúng ta cần có một hệ thống tiêu chuẩn, quy chuẩn hoàn thiện kết hợp với nó là cần xây
dựng được quy trình đánh giá, mô hình và phương pháp đánh giá an toàn hoàn chỉnh làm
cơ sở để hướng dẫn các đơn vị thực hiện.
Tuy nhiên hiện nay, hệ thống văn bản liên quan đến ĐSĐT thì vẫn chưa thấy các văn
bản hướng dẫn về quy trình, mô hình và phương pháp đánh giá an toàn đối với các chỉ tiêu
kỹ thuật này. Thấy được tầm quan trọng của vấn đề này, nhóm tác giả nhận thấy trước tiên
cần phải xây dựng được một mô hình và phương pháp đánh giá an toàn hoàn chỉnh đối
với một hệ thống chuyên biệt trong đoàn tàu ĐSĐT từ đó làm cơ sở để xây dựng mô hình
386
- và phương pháp đánh giá an toàn hệ thống cho các hệ thống kỹ thuật khác trong ĐSĐT.
Hướng tới xây dựng các bộ quy chuẩn, tiêu chuẩn phục vụ cho việc đánh giá an toàn cho
toàn bộ hệ thống ĐSĐT. Ở đây nhóm đề tài đi sâu vào nghiên cứu đối với hệ thống hãm
vì nó là một bộ phận cấu thành trong tổng thể hệ thống ĐSĐT và có vai trò, ý nghĩa to lớn
trong việc đảm bảo an toàn, tính mạng của những người sử dụng hệ thống ĐSĐT.
Chính vì vậy, việc “Nghiên cứu xây dựng mô hình, phương pháp đánh giá an toàn hệ
thống hãm của đoàn tàu trong Đường sắt đô thị tại Việt Nam” là cần thiết, đáp ứng nhu cầu
thực tế hiện nay.
2. Giới thiệu một số phương pháp đánh giá an toàn hệ thống có thể áp dụng đánh
giá an toàn hệ thống cho hệ thống hãm đoàn tàu ĐSĐT tại Việt Nam
* Phương pháp tiên nghiệm:
Phân tích tiên nghiệm là sử dụng các thông tin tiên nghiệm ban đầu về các hiện tượng,
sự kiện phân tích. Thông tin tiên nghiệm này nhận được không chỉ ở kết quả của thực
nghiệm mà trên cơ sở đánh giá được đưa ra bởi các chuyên gia - các giám định viên. Các
nhận định, đánh giá đó được hình thành trong quá trình tích lũy kinh nghiệm, đôi khi còn
là trên cơ sở các cảm nhận được đưa ra.
Các sự kiện, hiện tượng được phân tích có thể là các trở ngại nguy hiểm bên ngoài hoặc
bên trong của các trang thiết bị cho hệ thống giao thông nói chung và ĐSĐT nói riêng, lỗi
nguy hiểm của các chương trình máy tính, của các nhân viên v.v. Tin tức tiên nghiệm có
thể ở dạng quy luật phân bố thời gian làm việc an toàn của phần tử hoặc trong toàn bộ hệ
thống, có thể là về các giá trị của quy luật phân bố này, có thể ở dạng các tham số mô hình
của quá trình được thực hiện cho sự xuất hiện của trở ngại nguy hiểm dạng xác định, có thể
về nguyên nhân tai nạn ...
- Ưu điểm: Có thể đưa ra đánh giá đối với công nghệ hoàn toàn mới dựa vào yếu tố kinh
nghiệm và kiến thức chuyên môn của đội ngũ chuyên gia.
- Nhược điểm:
+ Phương pháp này dựa chủ yếu vào kinh nghiệm và phán đoán, nhận định của của các
thẩm định viên, chuyên gia nên sẽ bị ảnh hưởng của các sự kiện bên trong và bên ngoài, có
thể dẫn đến việc quá lạc quan, bi quan hoặc định kiến một yếu tố nào đó.
+ Các đánh giá này là các đánh giá chủ quan bởi nó được đưa ra bởi các chủ thể riêng
biệt (các chuyên gia thẩm định).
+ Dễ gây ra các sự tranh luận không nhất quán cho cùng một sự kiện.
* Phương pháp hậu nghiệm: Đây là phương pháp dựa trên các thực nghiệm tại hiện
trường hoặc các thử nghiệm tại phòng thí nghiệm với mục đích nhận được các số liệu thống
kê ban đầu về các trở ngại nguy hiểm từ đó các số liệu này sẽ được xử lý dựa vào các hàm
toán học để đưa ra các xác xuất trở ngại nguy hiểm.
Để nhận được các số liệu thống kê tin cậy trong quá trình tiến hành thực nghiệm, các
điều kiện của nó và thành phần các số liệu cần thỏa mãn các yêu cầu nhất định. Khi tiến
hành các thử nghiệm tại phòng thí nghiệm cần mô phỏng các điều kiện có thực khi các thiết
387
- bị đưa vào khai thác. Các điều kiện này được xác định là các tác động cơ học, khí hậu và
điện từ của môi trường bên ngoài...
- Ưu điểm: Có thể đưa ra kết quả đánh giá khá chính xác đối với các sự kiện được đánh
giá so với thực tế.
- Nhược điểm:
+ Khó thực hiện đối với hệ thống lớn, có tính đồng bộ cao vì cần có mô hình và nhiều
lần thử nghiệm để đưa ra được một hệ thống số liệu đáng tin cậy
+ Kinh phí thực hiện lớn.
* Phương Pháp Bayes: Phương pháp Bayes được hiểu là phương pháp phân tích trên
cơ sở sử dụng định lý Bayes được gọi là định lý giả thuyết kết hợp với các kết quả tiên
nghiệm và hậu nghiệm để lượng hóa các yếu tố an toàn cần xét đến. Định lý này cho phép
sử dụng để có được độ tin cậy cao của kết quả phân tích không những của các tin tức hậu
nghiệm nhận được từ các thực nghiệm xác định mà còn cả cho các tin tức tiên nghiệm,
được biết đến ngay cả trước khi thực hiện. Tổng hợp các nguyên tắc và ý tưởng sử dụng
định lý Bayes để giải các bài toán phân tích và hình thành cơ sở phương pháp của các
phương pháp Bayes phân tích an toàn chạy tàu.
- Ưu điểm: Đây là phương pháp có sự kết hợp giữa toán học logic và sử dụng những tin
tức tiên nghiệm và kết quả hậu nghiệm cho kết quả đáng tin cậy
- Nhược điểm:
+ Khó áp dụng với hệ thống phức tạp;
+ Chi phí tương đối lớn;
* Phương pháp phân tích tần suất:
- Phân tích tần xuất là để nhận được các thông tin về mức độ an toàn hiện tại và dự báo
của công tác chạy tàu. Các thông tin này rất cần thiết để cấp phép hoạt động cho cho các
phương tiện và các thiết bị vận tải nói chung và ĐSĐT nói riêng theo các chỉ số an toàn,
để đánh giá sự hiệu quả của các phương pháp cho việc đảm bảo mức độ tiêu chuẩn của an
toàn, giúp tối thiểu hoá các nguồn nhân lực - vật lực giải quyết các nhiệm vụ cho an toàn
chạy tàu, từ đó tạo cơ sở cho việc ưu tiên, tập trung trong sự phân bổ các nguồn lực này vào
giải quyết một số vấn đề được ưu tiên.
- Ưu điểm:
+ Dễ thực hiện có thể áp dụng cho hệ thống,sự kiện đơn giản, nhỏ lẻ ;
+ Chi phí thực hiện không quá cao;
- Nhược điểm:
+ Khó thực hiện với hệ thống lớn, phực tạp, khó tìm ra hệ thống tương tự để phân tích
tần suất thích hợp với việc phân tích các cấu trúc riêng lẻ, các chi tiết của một hệ thống.
388
- * Phương pháp so sánh, đối chiếu: Là phương pháp dựa trên cơ sở sử dụng kinh
nghiệm khai thác các hệ thống đã có tương tự với hệ thống được phân tích để đánh giá. Ở
phương pháp này đòi hỏi cần có các hệ thống tương tự đang sử dụng ở các điều kiện gần
giống nhất thì mới cho chúng ta kết quả đánh giá có độ tin cậy cao.
- Ưu điểm: Dễ thực hiện, chi phí thấp
- Nhược điểm: Khó áp dụng được với các hệ thống và công nghệ mới khi không có sản
phẩm tương tự để đánh giá.
* Phương pháp cây sự kiện: Đây là phương pháp đưa ra đồ hình của các mối quan hệ
nhân - quả giữa các sự kiện khác nhau, nguyên nhân xuất hiện các sự kiện không mong
muốn được gọi là sự kiện đỉnh. Từ đó, để xác lập mối quan hệ qua lại giữa các trạng thái
nguy hiểm của chuyển động đoàn tàu và các hiện tượng xảy ra ở các hệ thống thành phần
trong đoàn tàu, chính xác là thông qua các lỗi và các trở ngại nguy hiểm của hệ thống đó.
Tiếp đó, sử dụng các phép tính đại số logic để định lượng xác xuất xảy ra các sự kiện qua
đó đánh giá tính an toàn hệ thống đối với từng sự kiện.
- Ưu điểm:
+ Đây là phương pháp để phân tích các hệ thống công nghệ phức tạp được tập hợp bởi
nhiều hệ thống con mà hệ thống giao thông ĐSĐT là một loại hình công nghệ như thế. Nó
có thể phân tích cùng lúc nhiều dạng trở ngại khác nhau, có thể linh hoạt sự kết hợp giữa
yếu tố chuyên gia và phân tích máy tính đối với các hệ thống và sự kiện phức tạp. Đây có
thể coi là một phương pháp hữu dụng khi dử dụng để tiến hành đánh giá an toàn hệ thống
đối với các hệ thống giao thông phức tạp.
+ Chi phí không quá lớn nhưng vẫn mang lại kết quả đáng tin cậy do có sự kết hợp giữa
yếu tố chuyên gia, toán học logic, các sự kiện tiên nghiệm, hậu nghiệm...
- Nhược điểm: Không thể lường hết các sự kiện nguy hiểm có thể xảy ra trong tương
lai để đưa vào sự kiện đầu vào phục vụ cho phân tích đánh giá.
Với các ưu điểm và tính phù hợp của nó, thì phương pháp cây sự kiện là phương pháp
phù hợp để đánh giá an toàn hệ thống ĐSĐT được nhóm tác giả lựa chọn để thực hiện xây
dựng mô hình và phương pháp đánh giá an toàn hệ thống hãm đoàn tàu ĐSĐT.
3. Xây dựng mô hình đánh giá an toàn cho hệ thống hãm đoàn tầu ĐSĐT tại
Việt Nam
3.1. Giới thiệu về ngôn ngữ của phương pháp cây sự kiện
Để phản ánh được mối quan hệ nhân - quả ở phương pháp cây sự kiện sử dụng ngôn
ngữ đồ hình chuyên dụng có các phần tử là các ký hiệu logic và các ký hiệu sự kiện.
Các ký hiệu logic được sử dụng để ký hiệu mối quan hệ nhân - quả giữa các sự kiện.
Mối quan hệ này được phản ánh nhờ các hàm đại số logic được chỉ ra ở bảng 1, Các ký hiệu
sự kiện được thể hiện ở bảng 2.
389
- Bảng 1. Các ký hiệu logic phổ biến Bảng 2. Các ký hiệu sự kiện phổ biến
3.2. Xây dựng mô hình đánh giá an toàn hệ thống hãm đoàn tàu ĐSĐT
Nghiên cứu các tình huống của thiết bị hãm đoàn tàu ĐSĐT sẽ bị mất an toàn khi đang
hoạt động nhận thấy có 2 khả năng xảy ra dẫn tới việc mất an toàn hệ thống hãm cơ bản
đó là:
- Thứ nhất hệ thống hãm không hình thành lệnh hãm;
- Thứ 2 hệ thống hãm có hình thành lệnh hãm nhưng do các yếu tố trở ngại dẫn tới việc
hãm không hiệu quả:
Hãm không an toàn
1
Có lệnh hãm nhưng Không hình thành
không hiệu quả lệnh hãm
Hình 1. Sơ đồ sơ khai nguyên nhân hãm không an toàn
Sau đây nhóm tác giả xin đi vào tiến hành phân tích hai tình huống có thể xảy ra gây
mất an toàn hệ thống hãm.
* Thứ nhất đó là việc tìm ra nguyên nhân dẫn tới việc hệ thống hãm không hình thành
lệnh hãm, để tiến hành công việc này, nhóm tác giả sẽ tiến hành phân tích sơ đồ cách thức
390
- hình thành lệnh hãm của đoàn tàu ĐSĐT qua đó sẽ chỉ ra được các tình huống dẫn đến việc
hệ thống hãm không hình thành lệnh:
VCP VTT§
TT§
LÖnh
HL
VTT V§T
§T
Hình 2. Sơ đồ hình thành lệnh tự động khởi động hệ thống hãm đoàn tàu
Trë ng¹i nguy hiÓm
Trë ng¹i kh«ng nguy hiÓm
Kh«ng cã trë ng¹i
VCP VTT§ VCP Trë ng¹i nguy hiÓm
TT§ Kh«ng cã trë ng¹i
VTT§ VCP
VTT§ VCP
§Çu vµo 1 Cã lÖnh
Trë ng¹i nguy hiÓm HL
Kh«ng cã lÖnh
Trë ng¹i kh«ng nguy hiÓm §Çu vµo 2
Kh«ng cã trë ng¹i
VTT V§T VTT
§T
V§T VTT
V§T VTT
Hình 3. Liên hệ các sự kiện đầu vào và đầu ra của các phần tử hệ thống
Trong hệ thống này gồm các thiết bị kỹ thuật của hệ thống ghi nhận tín hiệu tự động
đoàn tàu (TTĐ), thiết bị đo tốc độ thực tế của đoàn tàu (ĐT) và thiết bị hình thành lệnh
(HL) nối mạch hệ thống hãm của đoàn tàu. Tiếp theo trong việc xem xét, hệ thống TTĐ,
thiết bị ĐT, thiết bị HL được xem như là các phần tử của hệ thống.
Yêu cầu đối với thiết bị (HL) là cần hình thành được lệnh khởi động hệ thống hãm của
đoàn tàu khi tốc độ thực tế VTT của đoàn tàu đạt đến vận tốc cho phép lớn nhất theo điều
kiện an toàn chạy tàu VCP, tức là VTT = VCP. Giá trị của VCP được xác định bởi hệ thống đóng
đường tự động trên cơ sở các kết quả kiểm tra sự thanh thoát của phân khu và sự toàn vẹn
của ray trong phạm vi của nó. Các thông tin về giá trị của VCP được truyền từ thiết bị của
391
- hệ thống đóng đường tự động lên đầu máy vào bộ HL theo kênh TTĐ. Đại lượng VTT được
xác định bởi ĐT (có thể thực hiện bởi thiết bị đếm trục, cảm biến..)
Tuy nhiên, trong trường hợp, nếu như HL không hình thành được lệnh khởi động hệ
thống hãm đoàn tàu khi VTT = VCP thì đoàn tàu có thể sẽ đi vào phân khu bị chiếm dụng bởi
đoàn tàu khác hoặc phân khu có ray không toàn vẹn dẫn đến có thể xảy ra va chạm với đoàn
tàu khác, hoặc có thể xảy ra sự cố trật bánh tàu, sự cố lực phanh không đảm bảo hãm đúng
khoảng cách an toàn. Các nguyên nhân của các tình trạng này có thể bởi các trở ngại nguy
hiểm của TTĐ, ĐT, hoặc HL, dẫn đến việc ấn định tốc độ cho phép quá cao hoặc xác định
tốc độ thực tế ở các đầu vào HL thấp hơn so với các giá trị thực của chúng.
Như vậy sự kiện được gọi là không mong muốn khi mà VTT = VCP hoặc VTT > VCP, lệnh
khởi động hệ thống hãm của đoàn tàu không hình thành. Nhờ các bảng quyết định ta sẽ xây
dựng được cây sự kiện các trở ngại không hình thành lệnh hãm của hệ thống tự động hình
thành lệnh hãm đoàn tàu ĐSĐT có dạng như sau:
Kh«ng cã
lÖnh
1
HL kh«ng HL cã trë
trë ng¹i ng¹i nguy
hiÓm
& &
1 1
VTT§ VCP
V§T VTT
VTT§ VCP
V§T VTT V§T VTT VTT§ VCP
V§T VTT
Hình 4. Cây sự kiện các trở ngại không hình thành lệnh hãm của hệ thống tự động hình
thành lệnh hãm trong đoàn tàu ĐSĐT
Từ cây trở ngại ở hình 4 ta có thể xác định các tình huống dẫn đến việc không hình
thành lệnh hãm của đoàn tàu ĐSĐT phụ thuộc vào các yếu tố của hệ thống tự động thu tín
hiệu đầu máy và hệ thống đo tốc độ đoàn tàu và tính được xác xuất trở ngại.
Tuy nhiên thông thường đối với các hệ thống điện tử và hệ thống cảm biến được sản
xuất đảm bảo tiêu chuẩn thì xác suất gây ra trở ngại luôn được giới hạn ở mức xác xuất
nhỏ (F < 10^-8) tùy theo chất lượng thiết bị cũng như yêu cầu từ nhà sản xuất vì vậy trong
phạm vi nghiên cứu chúng ta tạm bỏ qua yếu tố này coi nó đáp ứng yêu cầu. Trong khuôn
392
- khổ nghiên cứu này nhóm tác giả giả thiết giá trị xác xuất không hình thành lệnh hãm F
(không hình thành lệnh) = 10^-9
Đối với sự kiện “hình thành lệnh hãm nhưng hệ thống hãm không hiệu quả” cây sự kiện
sẽ có dạng như sau.
Hình 5. Sơ đồ cây sự kiện có hình thành lệnh hãm
nhưng hệ thống hãm không hoạt động hiệu quả theo yêu cầu kỹ thuật
Chúng ta cần nghiên cứu và phân tích ảnh hưởng của các yếu tố trong cây sự kiện này
từ đó xây dựng được phương án đánh giá làm cơ sở định lượng tính an toàn của hệ thống
hãm đoàn tàu ĐSĐT
4. Xây dựng phương pháp đánh giá an toàn hệ thống hãm đoàn tàu ĐSĐT
tại Việt Nam
4.1. Lựa chọn chỉ tiêu đánh giá
Đối với thiết bị hãm của hệ thống ĐSĐT (xét với các thiết bị hãm hiện đang áp dụng tại
các tuyến ĐSĐT tại Việt Nam) thì các chi tiết cơ khí trực tiếp thực hiện tác nghiệp hãm (má
phanh, đĩa hãm, đường ống dẫn khí...) luôn là những yếu tố then chố và là yếu tố cuối cùng
quyết định tác nghiệp hãm có an toàn hay không. Chính về những yếu tố đó nhóm tác giả
sẽ tiến hành lựa chọn và nghiên cứu các chỉ tiêu của nhánh các sự kiện liên quan đến xác
suất hư hỏng của các chi tiết cơ khí của bộ phận hãm đĩa (S4 - hình 6) và đánh giá một vài
chi tiết của bộ phận hãm đĩa (hình 7) ảnh hưởng đến an toàn hệ thống hãm đoàn tàu ĐSĐT.
393
- Hình 6. Sơ đồ hãm đĩa
1. Đĩa hãm; 2. Hệ thống pittông nồi hãm; 3. Nồi hãm; 4. Giá treo phiến hãm;
5. Phiến hãm; 6, 7. Đòn bẩy; 8. Thanh kéo
Từ các phân tích kể trên, ta xây dựng sơ đồ nhánh cây sự kiện đánh giá an toàn hệ thống
hãm đĩa:
Hình 7. Sơ đồ phân tích xác suất hỏng các chi tiết bộ phận hãm đĩa
Từ sơ đồ trên ta sẽ đi tiến hành phân tích và tính toán định tính cho nhánh cây sự
kiện này.
Ta có: Nếu sự kiện S được phản ánh thông qua các khả năng lần lượt khác nhau có thể
xảy ra nó có dạng sau:
394
- S = C1 + C 2 + ... + C i + ... + C N , (1)
Trong đó: Ci là xác suất các khả năng.
Nếu sự kiện S được phản ánh thông qua các khả năng đồng thời xảy ra nó có dạng sau:
S = C1C 2 ...Ci ...C N , (2)
Trong đó: Ci là xác suất các khả năng.
Thời gian hoạt động an toàn: T = 1/S
Từ (1) và (2) áp dụng vào mô hình của Hình 5 và Hình 7 ta nhận được các mối quan
hệ sau:
S9 = A+B+C+D+E+F+G (3)
S = S1*S2*S3 (4)
S=S1*S3*(S9+S10+S5+S6+S7+S8) (7)
S2=S4+S5+S6+S7+S8 (5)
S4 = S9+S10 (6)
Cây sự kiện hình 8 chúng ta chỉ xét đến nhánh nhỏ S4 trong tổng thể nhánh S2 nên ta
sẽ coi các chỉ số S1, S3, S4, S5, S6, S7, S8 là các chỉ số đã biết có các dự liệu đã được tính
toán ở một cây sự kiện khác và ở phạm vi đề tài này chỉ chỉ phân tích các chỉ số ở nhánh S4
trong đó tập trung tính toán các chỉ số ở nhánh nhỏ S9 với các chi tiết như hình 10.
Theo nghiên cứu của TS. Nguyễn Hữu Lộc về thiết kế và phân tích hệ thống cơ khí theo
độ tin cậy của nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật xuất bản năm 2006 đã chỉ ra rằng các chi
tiết cơ khí gọi là đáng tin cậy đối với các chi tiết chịu ứng suất kéo, nén, uốn, xoắn...khi xác
suất hỏng F≤10-5. Còn đối với các chi tiêu không liên quan đến ứng suất thì được coi là an
toàn, tin cậy khi xác xuất hỏng:10^-4< F
- Đối với hệ thống hãm an toàn và hãm khẩn do ít sử dụng nên yêu cầu về chế tạo chúng
ta sẽ giả thiết coi là xác xuất hỏng lớn hơn hãm thường. Giả thiết các hệ thống này có xác
xuất là 10-3 khi đó từ (4) ta có:
F1= S = S1*S2*S3= 25,35*10^-4*10^-3*10^-3 =25.35*10^-10=2.535*10^-9 (1/h)
F =2.535*10-9 + 10-9 = 3.535*10-9 (1/h)
Đối chiếu với bảng 3 ta có thể nhận thấy xác suất hư hại trong tình huống này với các
số liệu kể trên tương ứng với mục E là loại xác suất nhỏ có thể chấp thuận được.
Bảng 3. Phân loại tần suất xảy ra mối nguy
Tương tự ta có thể tính được xác suất xảy ra các mối nguy hiểm khác nhau để đánh
giá an toàn nếu có các số liệu cụ thể và đối với các chi tiết khác khác nhau bao gồm cả các
chi tiết được đưa vào sử dụng mới hoặc các chi tiết đã được khai thác sử dụng trong một
khoảng thời gian bất kì khi tính được xác suất xảy ra các hỏng hóc tại thời điểm sử dụng.
Để rõ hơn về việc áp dụng công thức (1) và (2), nhóm tác giả xin giới thiệu một ví dụ
(trích dẫn tại Tính độ tin cậy của hệ thống không phục hồi”, tạp chí Khoa học Giao thông
Vận tải của PGS-TS Nguyễn Duy Việt) khi xét một cụm chi tiết chi tiết điều khiển tự động
trong một thiết bị điều khiển điện của đoàn tàu ĐSĐT gồm nhiều rơ le hoặc các phần tử bán
dẫn, mỗi trở ngại của một phần tử riêng biệt đều dẫn đến trở ngại của cả hệ thống (sự kiện
đồng thời xảy ra). Trong trường hợp này hệ thống (S) được tạo nên bởi bởi các phần tử (E)
nối tiếp nhau như (hình 4.8.a). Cho rằng trở ngại của các phần tử là độc lập với nhau, do hệ
thống có khả năng làm việc nếu như tất cả các phần tử của hệ thống có khả năng làm việc
nên theo định lý nhân xác suất, xác suất làm việc không có trở ngại của hệ thống PHT(t)
bằng phép nhân xác suất làm việc không có trở ngại các phần tử thành phần của hệ thống:
n
=PHT (t) p=
1 (t)p 2 (t)...p n (t) ∏ pi (t),
i =1
Trong đó: pi(t) là xác suất làm việc không có trở ngại của phần tử thứ i.
396
- Xét khi các phần tử của hệ thống có độ tin cậy tuân theo quy luật hàm số mũ: P(t) =
e-λt, và đã biết cường độ các trở ngại của chúng. Như thế toàn bộ hệ thống tuân theo quy
luật hàm số mũ độ tin cậy:
n
n − t.∑ λi
P=
HT (t) ∏=
e −λ (t) i e=
i =1 e −λ HT t ,
i =1
Trong đó: λHT là cường độ trở ngại của hệ thống.
a) b)
S S
E1 E2 En E0
c) E1
S
E1
E2 Em
E3
m = 1/2
Hình 8. Các sơ đồ nối logic các phần tử
Cường độ trở ngại của hệ thống bằng tổng các cường độ trở ngại các phần tử của nó,
tức là:
n
λ HT = ∑ λi .
i =1
Ứng với các công thức α(t) = λe-λt; T = 1/λ, thì tần số các trở ngại và thời gian làm việc
trung bình đến trở ngại của hệ thống không sẽ là:
1
α HT ( t ) =
λ HT e −λ HT t ; THT =.
λ HT
Với giả thiết Một hệ thống tự động điều khiển hãm đoàn tàu trong đường sắt được
tạo thành bởi 500 rơle loại A có cường độ trở ngại là λ = 0,11.10-6.1/h, 300 rơle loại
B (λ = 0,149.10-6.1/h), 100 rơle loại C (λ = 0,073.10-6.1/h) 100 rơle loại D (λ = 0,531.10-6.1/h).
Hệ thống là sơ đồ nối tiếp các phần tử ta tìm được xác suất làm việc không có trở ngại trong
100 giờ và thời gian làm việc trung bình đến trở ngại.
Khi đó: Cường độ trở ngại của hệ thống (xác suất hỏng) là:
λHT = (500.0,1 + 300.0,149 + 100.0,073 + 100.0,531).10-6 = 0,1601.10-3.1/h
Xác suất làm việc không có trở ngại (độ tin cậy) trong 100 giờ
−3 2
−0,1601.10 .10
P=
HT (t) e = e −0,01601 ≅ 1 − 0, 01601
= 0,98399
Thời gian làm việc trung bình đến trở ngại (thời gian làm việc an toàn)
397
- 1 1
T
=HT = = 6246h
= 0, 713 (năm)
λ HT 0,1601.10−3
Những thông số đã nêu ở trên đều là các thông số thiết kế gắn với các chi tiết của hệ
thống hãm đoàn tàu ĐSĐT sẽ được cung cấp bởi nhà sản xuất đối với yêu cầu từng dự án,
khi chúng ta có các thông số đó chúng ta đều có thể tính được cường độ trở ngại (xác xuất
hỏng), độ tin cậy, thời gian làm việc an toàn của các chi tiết kết hợp với việc phân tích được
1 mô hình cây sự kiện phù hợp chúng ta có thể tính toán được xác xuất hỏng, độ tin cậy của
hệ thống trong một khoảng thời gian nhất định và thời gian làm việc an toàn của hệ thống.
Từ đó giúp các nhà quản lý đánh giá được tính an toàn của hệ thống.
II. KẾT LUẬN
Đối với hệ thống hãm đoàn tàu ĐSĐT nói riêng và các hệ thống khác thuộc ĐSĐT nói
chung chỉ cần chúng ta phân tích được các rủi ro có thể có và xây dựng được mô hình cây
sự kiện phù hợp chúng ta có thể tính toán định lượng được các thông số an toàn của hệ
thống đó từ đó đánh giá được hệ thống đó có đảm bảo an toàn hay không theo các quy định
hiện hành trên thế giới và của Việt Nam.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Tiêu chuẩn EN50126 RAMS: Tiêu chuẩn về RAMS.
[2] Tiêu chuẩn EN13452-1: Tiêu chuẩn về hệ thống phanh phương tiện công cộng.
[3] Tiêu chuẩn TCVN 10935-1:2015 Ứng dụng đường sắt - Quy định và chứng minh
độ tin cậy, tính sẵn sàng, khả năng bảo dưỡng và độ an toàn (RAMS)- Phần 1: Các yêu cầu
cơ bản và quy trình chung.
[4] Tiêu chuẩn TCVN 11805:2017 ĐSĐT - Hệ thống hãm yêu cầu kỹ thuật và phương
pháp thử.
[5] Tài liệu Kỹ thuật an toàn đường sắt Đại học kỹ thuật TU Dresden - Đức.
[6] Tài liệu Kỹ thuật an toàn Đường sắt của trường Đại học Giao thông vận tải của
PGS-TS Nguyễn Duy Việt.
[7] Tính độ tin cậy của hệ thống không phục hồi”, tạp chí Khoa học Giao thông Vận tải
của PGS-TS Nguyễn Duy Việt.
[8]. Nguyễn Duy Việt - Độ tin cậy của hệ thống điều khiển tín hiệu - Tạp chí Giao thông
vận tải 8/2009.
[9]. Nguyễn Duy Việt - Các chỉ số an toàn của hệ thống điều khiển từ xa trong đường
sắt - Tạp chí Khoa học Giao thông Vận tải số 1 - tháng 11 - 2002.
[10]. L.G. Ddubiski - Các dấu hiệu trở ngại ở các sản phẩm điện tử - NXB vô tuyến
điện và thông tin liên lạc Matxcơva, 1989
[11]. V. V. Xapoznhicop, Kh. A. Khristov - Các phương pháp xây dựng hệ thống điện tử
an toàn cho các hệ thống tự động của đường sắt. Nhà xuất bản giao thông LB Nga - 1995.
398
nguon tai.lieu . vn
