CC BY
55
РУХОМИЙ СКЛАД
УДК 629.423.2
КолесникИ. К, д.тн., профессор (УкрДЛЗТ) Черняк Ю. В., к.т.н., доцент (ДонИТ) Горобченко А. Н., инженер (ДонИТ)
АНАЛИЗ НЕИСПРАВНОСТЕЙ ЭЛЕКТРОВОЗА ДЕ1
Постановка проблемы. Электровоз ДЕ1 является одной из последних крупных разработок, введенных в эксплуатацию на Донецкой железной дороге. Сравнительно небольшой общий период эксплуатации, а также малое количество объектов наблюдения (26 единиц) не позволяет в достаточной степени изучить параметры эксплуатационной надежности локомотива. В связи с этим необходимо накопить определенную базу статистической информации, которая в дальнейшем позволит разработать и применить на практике наиболее рациональные методы его технического обслуживания и текущего ремонта, установить практически и научно обоснованные межремонтные сроки и пробеги.
Анализ последних публикаций, в которых начато решение проблемы. В статье «Оцшка економ1чно1 ефективносп впровадження рацюнально! системи ремонту локомотив1в» автор 1 в Бондар Е.Б., Очкасов А.Б., Шепотенко А.П. опубликованной в «Вюнику схщноукрашського нацюнального ушверситету ¿м. Даля (2004)» предложена методика расчета экономической эффективности внедрения рациональной системы содержания электровозов и рассчитана экономическая эффективность на примере тягового электродвигателя ЭД141 АУ1 электровозов ДЕ1, указано, что планирование межремонтных пробегов с учетом технического состояния позволяет улучшить состояние локомотивного парка. Однако не уделено внимания анализу причин отказов. Украинским научно-исследовательским, проектно-конструкторским и технологическим институтом электровозостроения (УЭлНИИ) в 2000 году издано
«Руководство по эксплуатации электровозов ДЕ1». Здесь приведены общие сведения, назначение и техническая характеристика локомотива, описана механическая часть, устройство тяговых электродвигателей и вспомогательных машин, электрические схемы электровоза и прочее. К недостаткам данного документа можно отнести отсутствие в нем перечня характерных неисправностей и способов их устранения; отсутствие рекомендаций по эксплуатации электронного оборудования, алгоритмов его работы. При анализе документации по ремонту (Правил ремонта электрических машин электровозов и электропоездов №ЦТ-0063, Технологическая инструкция по техническому обслуживанию ТО-3 и текущему ремонту ТР-1, ТР-2 тяговых двигателей электровоза ДЕ1, Технологическая инструкция по техническому обслуживанию и текущему ремонту устройств управления электроприводом «УУТЭП») в качестве недостатка необходимо отметить, что неисправности в электронной аппаратуре рекомендуется устранять заменой блоков, вышедших из стоя на исправные, без каких-либо пояснений по восстановлению работоспособности этих блоков в условиях депо.
Выделение нерешенных ранее частей общей проблемы. Исходя из вышеизложенного, для оптимизации работы локомотива и с целью наиболее эффективного его использования необходимо провести работу в следующих направлениях:
- систематизация и анализ статистических данных об отказах узлов и агрегатов;
- отслеживание причин, установка зависимостей и периодичности выходов из строя оборудования той или иной группы;
разработка необходимого ремонтного оборудования, прогрессивных методов и процессов ремонта, отнесенных к данной серии локомотива.
Целью данной статьи является обработка статистики, а также определение основных направлений по повышению надежности электровоза ДЕ1 в эксплуатации.
Изложение основного материала. Электровоз магистральный ДЕ1 предназначен для выполнения грузовой работы на железных дорогах и вождения пассажирских поездов со скоростью до 100 км/ч на магистральных путях колеи 1520 мм, электрифицированных на постоянном токе напряжением 3000 В [1].
Мощность в продолжительном режиме на валах тяговых двигателей составляет 5820 кВт, расчетная скорость - 51,6 км/ч. Электровоз имеет 56
ступеней регулирования напряжения на тяговых двигателях в режиме тяги плюс по 4 ступени ослабления поля на каждой ходовой позиции ("С", "СП", "П"). Удельная потребляемая мощность 14,7 кВт/кН, а КПД в продолжительном режиме, не менее 0,90. Локомотив состоит из двух секций с двумя двухосными тележками у каждой, диаметр бандажей колесных пар - 1250 мм, тяговый электродвигатель ЭД 141АУ1. Большинство электровозов серии ДЕ сосредоточены в данный момент в локомотивном депо Красный Лиман Донецкой железной дороги.
В течении 2003 - 2004 годов проводились наблюдения за работой локомотивов серии ДЕ1, в результате которых собраны обширные статистические данные. Часть этих данных, которая касается надёжности работы узлов, блоков и агрегатов электровоза, послужила основой для написания данной статьи. Учет неисправностей и отказов в депо ведётся по форме №3, согласованной с заводом изготовителем, в которой отражены следующие пункты: дата неисправности; пробег от начала эксплуатации; узел, деталь, вышедшие из строя, характер неисправности и продолжительность простоя в депо для ее устранения; причины неисправности и принятые меры.
По результатам анализа выхода из строя узлов, агрегатов и оборудования электровозов за указанный промежуток времени была установлена следующая классификация по группам неисправностей:
- тяговых электродвигателей;
- механического оборудования;
- электроаппаратов и вспомогательных электромашин;
- электронного оборудования.
Результаты анализа изображены на диаграмме (рисунок 1).
За время наблюдения в среднем каждый локомотив имел 2,5 отказа в месяц. Для того, чтобы с качественной точки зрения оценить этот показатель, необходимо всесторонне изучить причины выходов из строя, а также учесть новизну техники и её относительную сложность.
Анализ распределения неисправностей показывает, что наибольшая их доля приходится на устройства, отнесенные по данной классификации к электронному оборудованию (43%). Именно надёжность работы электроники в наибольшей степени влияет на надёжность работы локомотива в целом.
Рассмотрим отдельно все неисправности, которые произошли за время наблюдения с электронными блоками локомотивов, дав предварительно краткую характеристику электронных устройств,
установленных на электровозе.
Рисунок 1 - Распределение неисправностей электровоза ДЕ1 по видам (в.э.м. - вспомогательные электрические машины; ДВШ - датчик вращения шестерни; ДЧВ - датчик частоты вращения)
На ДЕ1 применена косвенно-дистанционная система управления. Переключение индивидуальных контакторов и групповых переключателей производится под контролем устройства управления тяговым приводом (УУТЭП) [1].
Схема управления позволяет осуществлять управление электровозом в следующих режимах:
- при работе в составе двух секций:
1) режим тяги;
2) режим электрического реостатного торможения;
3) режим электрического рекуперативного торможения;
- в случае выхода из строя и отключения части силового оборудования:
1) работа одной секции в составе электровоза;
2) работа при отключении не более трех пар тяговых двигателей;
3) работа при отключении блоков пуско-тормозных резисторов
(БПТР) на одной секции [3].
Для возможности наиболее качественной диагностики на локомотиве устанавливается система "Магистраль-ДЕ1" в каждой секции и при соединении информационных шин двух систем обеспечивает возможность выполнения технической диагностики всего электровоза.
Объединенная система представляет собой многопроцессорный измерительно-вычислительный комплекс с жестким алгоритмом функционирования. Система построена по блочно-модульному принципу и состоит из отдельных конструктивно и функционально законченных элементов различных уровней сложности.
Результаты обработки данных о неисправностях электронных блоков представлены на диаграмме, изображенной на рисунке 2.
Из рисунка 2 видно, что наибольшая часть приходится на неисправность устройства управления тяговым электроприводом УУТЭП (32%), полупроводникового многоканального преобразователя ПМП1-2 40/3000 (20%), блока управления электромашинным преобразователем БУЭМП (17%).
Учитывая то, что УУТЭП является одним из самых сложных электронных устройств (обрабатывает и анализирует сигналы из цепей тяговых электродвигателей на всех режимах и соединениях, быстродействующего выключателя, зарядки аккумуляторных батарей, управления токоприемниками, электромашинного преобразователя, управления компрессором, вентиляторов тяговых двигателей и так далее, вплоть до цепей управления калориферами), неудивительно, что именно на него приходится наибольший процент неисправностей. Конструктивно устройство состоит из комплекса приборов, направленных на выполнение вышеуказанных функций. Наиболее уязвимой является плата СРШ88, входящая в состав прибора МгТ 4.3 (измерение токов управления), а также
прибор МгТ 4.4 (управление вспомогательными электрическими машинами), входящие в состав УУТЭП.
Рисунок 2 - Распределение неисправностей электронного
оборудования
ПМП - прибор, отвечающий за зарядку батарей, питание цепей управления и возбуждения. Причем, судя из анализа, наиболее слабым местом в ПМП является блок А29 (540В).
Таким образом, согласно анализа, значительным резервом повышения надежности электровоза является отладка и совершенствование УУТЭП, в
частности приборов МгТ 4.3 и МгТ 4.4, а также необходимо поработать над улучшением полупроводникового многоканального преобразователя.
На втором месте по общему числу выходов из строя стоит электроаппаратура и вспомогательные электромашины. Наибольшее количество неисправностей в этой группе приходится на двигатель ДТ 63А, предназначенный для привода синхронного генератора электромашинного преобразователя электровоза. 11% неисправностей по группе «Электроаппараты и в.м.э.» и 3.3% от общего количества выходов из строя электровозов - это достаточно высокий показатель для обычного по конструкции вспомогательного двигателя постоянного тока, заставляющий задуматься либо над повышением его качества (предотвращением межвитковых замыканий), либо над целесообразностью использования двигателей этой марки. Далее идут выходы из строя реле КУЮ, включающего БВ (9% по группе), и группового переключателя переключающего соединение электродвигателей (7,5 %).
Третье место среди неисправностей занимает механическое оборудование. Здесь наиболее слабым местом являются гидравлические амортизаторы, установленные между рамой тележки и рамой кузова - 23% в группе механических неисправностей [4]. Также возникали неисправности кронштейнов песочных труб, гидравлических демпферов, кожухов зубчатых передач и др.
Неисправности тяговых электродвигателей происходили в основном по щеточному аппарату и межвитковым замыканиям обмотки якоря [5].
На электровозе применен датчик частоты вращения колеса ДЧВ 1, предназначенный для выдачи информации в виде аналоговых частотно-пропорциональных сигналов о скорости вращения колесных пар электровоза в систему защиты от юза и буксования. Датчик ДЧВ 1 состоит из двух блоков обработки сигналов (БОС) типа ДЧВ 1-01. Каждый БОС обрабатывает сигналы четырех датчиков ДВШ.
Датчик ДВШ устанавливается в редукторе колесной пары. Датчик ДВШ представляет собой схему из двух индуктивностей, включенных по дифференциальной схеме и размещенных в пространстве таким образом, что при прохождении зуба шестерни в зоне чувствительности датчика происходит поочередное изменение их параметров.
Этому узлу в эксплуатации и ремонте необходимо уделять повышенное внимание, так как количество выходов из строя по ДВШ и ДЧВ составило за период наблюдения 6.4% от общего количества неисправностей.
Выводы. В результате проведенного анализа выявлено, что наибольшее количество отказов за период наблюдения имели узлы и блоки электронного оборудования локомотива: блоки УУТЭП, полупроводниковый многоканальный преобразователь, блок управления электромашинным преобразователем и др. Одной из наиболее характерных причин отказов в этой группе оборудования является недостаточное совершенство конструкции. На втором месте отказы электроаппаратуры управления и в. э. м.; на третьем - механического оборудования; на четвертом - ТЭД. Здесь основными причинами являются: нарушение нормальных условий эксплуатации оборудования (щеточный аппарат ТЭД, кожухи зубчатых передач) и несоответствие характеристик оборудования условиям эксплуатации (двигатель ДТ63, гидравлические амортизаторы). Таковы результаты систематизации статистических данных. Следующим этапом их использования должно стать определение надежности как комплексного свойства электровоза, используя полную совокупность показателей, таких как вероятность безотказной работы в течение наработки, средний пробег (наработка) до отказа, интенсивность отказов после достижения наработки и др.
Список литературы
1. Бондар Е.Б., Очкасов А.Б., Шепотенко А.П. Ощнка економ1чно1 ефективносп впровадження ращонально! системи ремонту локомотив1в. Вюник Схщноукрашського нацюнального ушверситету ¡м.. В. Даля, 2004
2. Электровоз магистральный ДЭ1. Руководство по эксплуатации. ЗТП.000.020-01РЭ Украинский научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт электровозостроения (УЭлНИИ), 2000. - 186 с.
3. Винокуров В. А., Попов Д. А. Электрические машины железнодорожного транспорта. Учебник для вузов. - М.:Транспорт, 1986. - 511с.
4. Тихменев Б. Н., Трахтман Л. М. Подвижной состав электрифицированных железных дорог. М.:Транспорт, 1980. - 472 с.
5. Скепский В. П., Скуев В. Б. Ремонт механического оборудования. М.:Транспорт, 1991. - 183 с.
6. Правила ремонту електричних машин електровсшв 1 електропоТзд1в (ЦТ-0063). Кшв: Укрзал1зниця, 2003. - 286 с.
УДК 621.436
Черняк Ю. Вк.т.н., доцент (Дон13Т)
ПРОИЗВОДСТВО ТЯГОВЫХ РАСЧЕТОВ С ПОМОЩЬЮ ПАКЕТА
ПРОГРАММ МаШса(1.
Задачей тяговых расчетов является нахождение зависимостей, определяющих характер движения поезда, который обусловливается величиной и направлением равнодействующей силы. Зависимость между ускорением и равнодействующей силой, приложенной к поезду, описывается дифференциальным уравнением движения поезда. В тяговых расчетах используются следующие методы решения уравнения движения поезда: аналитический, графический, численный и машинный. С помощью расчетов выбирается тяговый подвижной состав, определяются масса поезда, скорость и время движения, затраты энергоресурсов, нагревание тяговых электрических машин. Для выполнения принятой Укрзализныцей программы ресурсосбережения, необходима разработка технически обоснованных норм расхода энергоресурсов на тягу поездов, что невозможно осуществить без проведения тяговых расчетов и определения наиболее экономичных режимов вождения поездов.
На основе анализа последних исследований установлено, что общей основой для всех методов являются решения уравнения движения поезда в форме задачи Коши [2]. Основными подходами для решения этой задачи служат линеаризация нелинейных функций, принцип малых отклонений переменных состояния объекта, вычисление текущих координат движущегося объекта методом наблюдаемости. Решения уравнения движения поезда являются общими для всех видов тяги и составляют две группы [3] .
К первой группе относятся задачи, при решении которых предполагается, что поезд движется с равномерной скоростью. Это дает
