CC BY
33
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) 2013
А. К. Кужбанов, Г. А. Нестеренко, В. Е. Щерба // Омский научный вестник. — 2012. — № 2 (110). — С. 148 — 152.
2. Математическое моделирование рабочих процессов насоса объемного действия / В. Е. Щерба [и др.] // Омский научный вестник. — 2010. — № 3 (93). — С. 77—81.
3. Расчет процесса нагнетания поршневого насоса с газовым демпфером / А. К. Кужбанов [и др.] // Гидравлические машины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика : сб. докл. XVI Всерос. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов. — М. : Издательство МЭИ, 2012. - С. 102-107.
ЩЕРБА Виктор Евгеньевич, доктор технических наук, профессор (Россия), заведующий кафедрой «Гидромеханика и транспортные машины».
КУЖБАНОВ Акан Каербаевич, ассистент кафедры «Гидромеханика и транспортные машины». ПАВЛЮЧЕНКО Евгений Александрович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Гидромеханика и транспортные машины».
БОЛШТЯНСКИЙ Александр Павлович, доктор технических наук, доцент (Россия), профессор кафедры «Гидромеханика и транспортные машины».
Адрес для переписки: scherba_v_e@list.ru.
Статья поступила в редакцию 13.02.2013 г.
© В. Е. Щерба, А. К. Кужбанов, Е. А. Павлюченко,
А. П. Болштянский
УДК 6294 027 11 А. Л. АХТУЛОВ
А. В. ШИМОХИН Л. Н. АХТУЛОВА
Омский государственный университет путей сообщения
Тобольский индустриальный институт
ВЕРОЯТНОСТНАЯ МОДЕЛЬ НАДЕЖНОСТИ ПОДВИЖНОЙ ЕДИНИЦЫ В СИСТЕМЕ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА ВАГОНОВ________________________________________
В статье рассмотрена вероятностная модель надежности подвижной единицы в системе технического обслуживания и ремонта вагонов на примере буксового подшипника, положенная в основу методики прогнозирования отказа за счет мониторинга скорости роста износа.
Ключевые слова: вибродиагностика, мониторинг оборудования, TPM, персонал, система планово-предупредительных ремонтов.
Техническое и обслуживание (ТО) и ремонт (ТР) подвижного состава — вторая наряду с эксплуатационной работой функция депо. В литературе [1, 2] отмечается, что расходы на ТО и ТР составляют 25 % общих расходов хозяйства, а затрачиваемые на ремонт подвижного состава (ПС) средства в течение срока его службы, в 8—10 раз больше первоначальной стоимости.
Для обеспечения требуемой надежности ПС предусмотрена планово-предупредительная система, определяющая виды технического обслуживания (ТО-1...ТО-4), текущих (ТР-1...ТР-3) и капитальных (КР-1, КР-2) ремонтов в зависимости от пробега или срока эксплуатации. При этом структура ремонтного цикла определяется порядком чередования видов технического обслуживания и ремонта.
В литературе [1] указано, что для вагонов установлены следующие виды ремонта:
— капитальный — производится на специализированных вагоноремонтных заводах и для отдельных типов вагонов в вагонных депо. Основные типы грузовых вагонов проходят капитальный ремонт один раз в десять лет, полувагоны — один раз в семь лет;
— деповской ремонт вагонов производится в вагонном депо, после 160 000 км пробега.
Необходимым условием обеспечения безопасности движения на железнодорожном транспорте является надежная и безотказная работа подвижного состава. Одной из мер, позволяющих обеспечить надежность и сократить затраты на проведение ремонтных работ, является своевременное определение дефектных узлов и деталей вагонов, с помощью систем технической диагностики.
Согласно [3], техническая диагностика определяется как «область знаний, охватывающая теорию, методы и средства определения технического состоянии объекта».
В стандартах дается определение различных технических состояний оборудования:
Исправное состояние — состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям нормативно-технической документации.
Неисправное состояние — состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований нормативно-технической документации.
Работоспособное состояние — состояние объекта, при котором значения всех параметров, характеризующих способность объекта выполнять заданные функции, соответствуют требованиям заданной нормативно-технической документации.
Неработоспособное состояние — состояние объекта, при котором значение хотя бы одного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям нормативно-технической документации.
В процессе производства, эксплуатации и хранения объекта в нем могут накапливаться неисправности. Это приводит к тому, что оборудование перестает отвечать предъявляемым к нему техническим требованиям. Для замены или ремонта неисправных деталей необходимо установить место неисправности. Определение вида и местоположения дефектов является основной задачей технической диагностики.
В системах первого типа на объект диагностирования подается специальное тестовое воздействие и по отклику объекта ставится диагноз. В системах функционального диагностирования — диагностирование осуществляется во время функционирования объекта, на который поступают только рабочие воздействия.
Для контроля оборудования могут применяться различные диагностические параметры: силовые, тепловые, виброакустические, электрические параметры, геометрические, КПД, наличие продуктов износа и др.
Диагностирование осуществляется с помощью тех или иных средств диагностирования. Различают системы тестового и функционального диагностирования. В системах первого типа на объект диагностирования подается специальное тестовое воздействие и по отклику объекта ставится диагноз. В системах функционального диагностирования — диагностирование осуществляется во время функционирования объекта, на который поступают только рабочие воздействия.
Источниками входной информации для систем диагностики служат параметры, несущие информацию о техническом состоянии объекта. Эти параметры должны прямо или косвенно отражать состояние объекта.
Одним из основных элементов, влияющих на надёжность, являются буксовые узлы и их главный узел — буксовые подшипники.
Буксы являются важнейшими элементами ходовой части вагонов, от их надежности во многом зависит безопасность движения поездов. Своевременное обнаружение неисправности буксового узла вагона позволит избежать необходимость замены уже загруженного вагона, что приводит к потерям времени, связанным с такой заменой. Буксы располагаются на шейках оси и преобразуют вращательное движения колесной пары в поступательное, обеспечивая продвижение вагона с необходимыми скоростями. Они воспринимают и передают колесным парам силы тяжести груженого кузова, а также динамические нагрузки, возникающие:
— при движении вагона по различным участкам пути, имеющим неровности и стыки рельсов;
— при движении по стрелочным переводам;
— при торможении и наезде колеса на башмак во время роспуска вагонов с горок и др.
Буксы предохраняют шейки оси от загрязнения и повреждения, являясь резервуаром для смазки и местом размещения подшипников.
По конструкции и параметрам буксовые узлы грузовых и пассажирских вагонов не отличаются, поэтому целесообразно разрабатывать унифицированные участки по их комплексному контролю и диагностике.
В принципе, оценка состояния подвижной единицы возможна в виде дерева, соответствующего логическому состоянию объекта.
На диаграмме неисправностей с учетом компонент подшипника (рис. 1) на первом уровне выделены конструктивные узлы вагона, а по третьему — компоненты детали, которые могут иметь дефект.
Подшипники являются сложным техническими системами, работающими при высоких знакопеременных нагрузках. Ролики используемых в настоящее время подшипников имеют сложную форму. Исходя из этого, универсальное диагностическое оборудование может быть сложным и, следовательно, дорогим.
Проведем анализ построенной диаграммы неисправностей. Вероятность отказа подвижной единицы Ь можно рассматривать как произведение вероятностей отказов рассматриваемых узлов, т.е:
Рь =1ТО), (1)
1
где Р1 — вероятность отказа 1-ого узла подвижной единицы Ь,п — количество, например, буксовых узлов.
Отказ узла, в свою очередь, определяется произведением вероятностей отказов деталей, входящих в него (подшипник качения):
р = Пр^), (2)
1
где Рл — вероятность отказа детали <3, входящей в 1-й узел, к — количество деталей в 1-ом узле.
Вероятность отказа деталей определяется произведением вероятностей отказа к-ых компонентов, входящих в неё:
Р =ПркМ, (3)
1
где Рк — вероятность отказа компонента к, входящего в деталь, б — количество деталей.
Вероятность отказа компонента, входящего в него, можно определить количественно, применяя системы технической диагностики, результатом диагностики является определение значения параметра х, для оценки вероятности отказа необходимо знать величину критического значения этого параметра Хкржг. Тогда определение вероятности отказа к-компонента выглядит так:
Рк = -. (4)
хк
Для определения технического состояния буксовых подшипников устанавливаются диагностические нормативы. К ним относятся начальное значение А0, номинальное Ан и критическое, или предельное значение А .
крит
Назначение системы диагностики определения технического состояния подшипника путем сравнения текущего показателя х1 с критическим хк и прогнозирование его работоспособности в период предстоящей наработки (рис. 2).
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) 2013 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) 2013
%
Рис. 1. Диаграмма неисправностей вагонов с разбиением на компоненты подшипника:
1 — автосцепка; 2 — тормозное оборудование; 3 — колесная пара; 4 — буксовый узел; 5 — механизм подвески; 6 — механизм амортизации (компоненты подшипника: НК — наружное кольцо, ВК — наружное кольцо,
С — сепаратор, Р — ролики)
Параметр А
Ь ном
Ь доп
Ькрит
Наработка, км. Пробег Ь
Исправное состояние Неисправное состояние
Работоспособность объекта Н еработоспособность
Рис. 2. Диагностические нормативы для определения технического состояния узла
Параметр х
Рис. 3. Зависимость параметра X при осуществлении ремонта узлов: Тр - текущий ремонт, Д1, Д2 - диагностики контролируемого узла
Определение нормативных показателей приводится на основании статистических методов, учитывающего изменения технического состояния буксового узла.
Используя формулу (1), можно определить значения вероятности отказа всей подвижной единицы. Обозначим критическое значение вероятности отказа ^й подвижной единицы PІ(KP), тогда получаем следующее выражение:
Р < ЩКР). (5)
Зная значение x кр можно рассчитать критическое время эксплуатации подвижной единицы T кр, обозначим время до ремонта подвижной единицы Тр тогда, при эксплуатации подвижной единицы должно выполняться выражение:
Тр < Tкр . (6)
После проведения ремонта вероятность отказа как правило изменится, так как изменится значение параметра xi (рис. 3), это создает необходимость проведения первой диагностики после ремонта для получения новых значений параметра xi .
Задача системы диагностики и службы ремонта как таковой — отыскание оптимального времени ремонта или диагностики, является, на ряду с правильностью распознавания состояния объекта, основой определения величины и места дефекта. С одной стороны, увеличение интервалов времени Дt между ремонтами (диагностиками) может привести к росту аварий и, следовательно, затрат, с другой — уменьшение Дt означает увеличение расходов на проведение ремонтно-профилактических мероприятий. Следовательно, должно быть назначено оптимальное время Д^ соответствующее минимум затрат.
Вероятностная модель отказа подвижной единицы обоснована тем, что скорость изнашивания компонентов буксовых подшипников (наружные и внутренние кольца, тела качения, сепаратор) различны.
Прогнозирование достижения критического значения, а следовательно, отказа подвижной единицы достигается за счет мониторинга скорости роста параметра х.
Библиографический список
1. Гридющко, В. И. Вагонное хозяйство / В. М. Гридющко,
В. П. Бугаев, Н. Э. Криворучко. — М. : Транспорт, 1988. — 295 с.
2. Матвеев, В. И. Организация труда в вагонном хозяйстве /
В. И. Матвеев, Ч. У. Березнякова. — М. : Транспорт, 1980. — 256 с.
3. ГОСТ 20911-89: Техническая диагностика. Термины и определения. — Введ.1999-01-01. — М. : Издательство стандартов, 1989 — 12 с.
4. Горский, А. В. Организация системы ремонта локомотивов / А. В. Горский, А. А. Воробьёв. — М. : Транспорт, 1994. — 209 с.
АХТУЛОВ Алексей Леонидович, доктор технических наук, профессор (Россия), профессор кафедры «Вагоны и вагонное хозяйство» Омского государственного университета путей сообщений (ОмГУПС), действительный член Международной академии авторов научных открытий и изобретений и Академии проблем качества, почетный работник высшего профессионального образования.
ШИМОХИН Антон Владимирович, аспирант кафедры «Вагоны и вагонное хозяйство» ОмГУПС. АХТУЛОВА Людмила Николаевна, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры электроэнергетики Тобольского индустриального института Тюменского государственного нефтегазового университета.
Адрес для переписки: ahtulov-al1949@yandex.ru
Статья поступила в редакцию 08.04.2013 г.
© А. Л. Ахтулов, А. В. Шимохин, Л. Н. Ахтулова
Книжная полка
Ерёмин, Е. Н. Технологические основы дуговой сварки в защитных газах : учеб. пособие / Е. Н. Ерёмин. - Омск : Изд-во ОмГТУ, 2012. - 1 о=эл. опт. диск (СБ-КОМ).
Описаны сущность и основные технологические особенности сварки в среде защитных газов. Рассмотрены сущность, металлургические процессы и сварочные материалы, используемые при сварке в среде защитных газов. Освещены вопросы технологии сварки различных сталей и цветных металлов.
Ерёмин, Е. Н. Технология и оборудование электрошлаковой сварки : учеб. пособие для студентов специальности 120500 «Оборудование и технология сварочного производства» / Е. Н. Ерёмин. -Омск : Изд-во ОмГТУ, 2012. - 1 о=эл. опт. диск (СБ-КОМ).
Описаны сущность и основные технологические особенности электрошлаковой сварки, применяемые для этого способа сварочные материалы, приспособления и оснастка. Приведены конструктивные особенности и технико-экономические характеристики оборудования, применяемого для электрошлаковой сварки, вопросы технологии сварки различных материалов, методы управления структурой и свойствами электро-шлакового металла.
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) 2013 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
