CC BY
22
2. Перспективные методы исследования и оценки параметров системы токосъема при проведении линейных испытаний [Текст] / В. М. Павлов, А. Н. Смердин и др. // Вестник ВНИИЖТа / Научно-исследовательский ин-т ж.-д. трансп. - М. - 2008. - № 6. - С. 40 - 45.
3. Пат. № 55696Ш ^и), МПК В60М 1/22. Устройство подвески контактного провода в переходном пролете контактной сети [Текст] / Г. П. Маслов, К. Р. Халиков. -№ 2005119569/22; Заявлено 23.06.2005; Опубл. 27.08.2006. Бюл. № 24.
4. Александров, А. В. Сопротивление материалов [Текст] / А. В. Александров, В. Д. Потапов, Б. П. Державин. - М.: Высшая школа, 2003. - 560 с.
УДК 621.313.2
В. В. Харламов, П. К. Шкодун, А. П. Афонин
ФОРМИРОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОГО МНОЖЕСТВА ДИАГНОСТИЧЕСКИХ
ПАРАМЕТРОВ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ КОЛЛЕКТОРНО-ЩЕТОЧНОГО УЗЛА ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ В УСЛОВИЯХ НЕИДЕНТИЧНОСТИ КОММУТАЦИОННЫХ ЦИКЛОВ
В статье представлены результаты применения графоаналитического метода для определения эффективного множества диагностических параметров с целью контроля технического состояния коллекторно-щеточного узла ТЭД подвижного состава в условиях неидентичности коммутационных циклов. Сформированы двудольные графы, которые могут быть использованы для выполнения задачи диагностирования после накопления статистической информации. Выбранные диагностические параметры учитывают все основные требования, предъявляемые к множеству эффективных диагностических параметров.
Основные эксплуатационные характеристики тяговых электродвигателей (ТЭД) подвижного состава в значительной степени определяются техническим состоянием его кол-лекторно-щеточного узла (КЩУ) [1]. Следует отметить то, что в процессе эксплуатации ТЭД на техническое состояние КЩУ оказывают влияние как внутренние факторы электромагнитной и механической природы, приводящие к появлению неидентичности коммутационных циклов, так и внешние, определяющие условия работы двигателя, например, изменение температуры окружающей среды, влажности, вибрации и др. [2]. Помимо этого на работу ТЭД в условиях эксплуатации оказывает влияние изменение напряжения питания [3], что также приводит к неидентичности коммутационных циклов. Перечисленные причины могут вызвать повышенное искрение щеток ТЭД.
Задача диагностирования заключается в формировании методики определения состояния КЩУ ТЭД в процессе эксплуатации и выявлении соответствующей совокупности диагностических параметров.
В процессе диагностирования ТЭД на подвижном составе в условиях эксплуатации целесообразно производить только оценку работоспособности КЩУ ТЭД с индикацией лишь результатов этого контроля и одновременно накапливать диагностическую информацию с целью проведения всестороннего анализа технического состояния КЩУ ТЭД в условиях депо и формирования рекомендаций по улучшению качества работы ТЭД. Имея информацию о развитии некоторого дефекта за время эксплуатации ТЭД, можно прогнозировать появление и развитие неисправности. Раннее обнаружение подобных процессов позволит предупредить возможные аварии и повысить безопасность движения. Текущий контроль технического состояния КЩУ ТЭД в период между ТО и ТР позволит перейти к ремонту по фактическому состоянию, что приведет к снижению затрат.
Таким образом, для решения поставленной задачи по определению диагностических параметров КЩУ ТЭД и построения описывающей его модели следует применять методы, представляющие тяговый двигатель как объект диагностирования с набором входных диа-
гностических параметров и выходных диагнозов его состояния. Одним из путей решения данной задачи является построение граф-модели КЩУ ТЭД с учетом условий эксплуатации.
Диагностическая граф-модель КЩУ ТЭД подвижного состава, сформированная для диагностирования в процессе приемо-сдаточных испытаний [4], не может быть непосредственно использована для оценки технического состояния тяговых двигателей в процессе эксплуатации. Она должна быть дополнена параметрами, учитывающими реальные условия работы ТЭД, такими как режим работы ТЭД, вибрация, температура и влажность окружающей среды, нестабильность напряжения питания.
Исходная граф-модель КЩУ ТЭД в условиях эксплуатации (рисунок 1) представлена множествами входных параметров К, внутренних параметров М, структурных параметров Е, а также дефектов D, подлежащих распознаванию.
Рисунок 1 - Граф-модель КЩУ ТЭД в условиях эксплуатации
Для выявления наиболее эффективных диагностических параметров В необходимо произвести упорядочение вершин граф-модели. Решение данной задачи возможно с применением метода экспертного оценивания [5].
Объединяя маршруты, у которых расстояния между любой вершиной и конечной вершиной соответствуют р < ркр, получаем рабочую граф-модель, которая в отличие от исходной не содержит ряда связей между параметрами. Однако в рабочей граф-модели сохранились все ребра и вершины, поэтому она «внешне» идентична исходной.
Рабочая граф-модель КЩУ ТЭД получилась очень сложной ввиду большого количества вершин Х и ребер Y. Это затрудняет ее непосредственное использование в процессе диагностирования. Целесообразно уменьшить размерность решаемой задачи путем декомпозиции -разделения граф-модели на несколько частей.
В процессе диагностирования необходимо распознавание каждого из возможных дефектов. В связи с этим прежде чем приступить к декомпозиции граф-модели, внесем уточнения. Выделим характерные симптомы некоторых параметров:
70 ИЗВЕСТИЯ Транссиба № 4(12) 2012
у параметра U - симптомы Цср - среднее значение напряжения питания - и ДЦа - изменение напряжения в результате нарушения контакта между пластинами полоза токоприемника ЭПС и контактным проводом (отрыва токоприемника). Для симптома ДЦ введем дефект d/1 (кратковременное исчезновение напряжения);
у параметра 1а - симптомы 1а ср - среднее значение тока якоря - и Д1а - резкие изменения тока якоря;
у параметра Ищ - симптомы Ищ ср - средний уровень искрения, ов и ок - среднеквадрати-ческое отклонение интенсивности искрения во времени и по коллектору;
у параметра М - симптомы Мср - среднее значение момента нагрузки на валу ТЭД - и ДМ - резкие изменения момента нагрузки на валу ТЭД. С целью декомпозиции графа выделяем множества:
Т1 - параметры Цр., М, Св, ¿°окр.ср., Ун, 8га, бдп, Мщ, Рн, Ьщ, Нп и Нщ, которые определяют средний уровень искрения щеток;
т2 - параметры ДЦа, ДМ, и а, определяющие среднеквадратическое отклонение (СКО) интенсивности искрения во времени;
тз - параметры Lc, Мс, Д5а, и ц, определяющие СКО интенсивности искрения по коллектору.
Полученные таким образом рабочие подграфы приведены на рисунках 2 - 4.
Рисунок 2 - Граф-модель КЩУ ТЭД в пространстве параметров, определяющих средний уровень искрения
Выбор элементов множества диагностических параметров В представляет собой многофакторную задачу, поскольку каждый из параметров граф-модели в различной степени обладает теми или иными качествами и в различной степени соответствует тому или иному требованию. Для формирования оптимального состава множества В параметры следует упорядочить в соответствии со значениями некоторого сводного показателя оценки пригодности (эффективности) для решения задачи диагностирования. Лучше всего упорядочение производить в соответствии с убыванием такого показателя Ф, который можно считать показателем эффективности.
Рисунок 3 - Граф-модель КЩУ ТЭД в пространстве параметров, определяющих среднеквадратическое отклонение интенсивности искрения во времени
Рисунок 4 - Граф-модель КЩУ ТЭД в пространстве параметров, определяющих среднеквадратическое отклонение интенсивности искрения по коллектору
Показатель эффективности Ф удобно рассматривать в виде линейной функции некото-
№ 4(1 2012
рых оценок для каждого 1-го параметра в соответствии с выражением
ф = а- А + ( - О* + у - ¥ *; а + ( + у = 1,
где А* - нормированное значение оценки параметра по сводному фактору условий измерения, вес вершины; О * - нормированное значение оценки параметра по фактору чувствительности к появлению дефектов и информативности; - нормированное значение оценки параметра по фактору разделительной способности дефектов при измерении этого параметра, а, (и у- коэффициенты значимости указанных факторов.
Каждой вершине графов поставлено в соответствие определенное число - вес вершины X, характеризующее доступность параметра для контроля. Это число определялось по экс-пертно установленной шкале, которая включает в себя ряд ситуаций, определяющих измеримость (наблюдаемость параметра). Принят следующий набор ситуаций, вес которых устанавливается экспертно в диапазоне значений от 0 до 1 [4]: найденные таким образом покрытия представляют искомые множества диагностических параметров В\ = {КО, Ищ ср., Мщ, окр.ср., Св, иср., п, 1а ср.} - для оценки работы КЩУ в целом по машине, В2 = { ов , а, 1а , А и } -для оценки среднеквадратического отклонения интенсивности искрения во времени и В3 = { ок, п, п } - для оценки среднеквадратического отклонения интенсивности искрения по коллектору. Выбранные параметры имеют наибольшие значения показателя эффективности Ф. Сформированные множества В\, В2 и В3 минимальны по составу и охватывают все рассматриваемые в граф-моделях дефекты, следовательно, они могут быть приняты для решения задачи диагностирования.
На основе выбранных множеств В\, В2 и В3 составлены схемы покрытия в виде двудольных графов соответствия между множествами дефектов и диагностических параметров (рисунки 5 - 7). Ребра графов представляют собой маршруты, числа на ребрах - значения расстояний р (близости). Полученные графы могут быть использованы для формирования задания по сбору статистических данных и организации процесса распознавания и диагностирования.
Рисунок 5 - Двудольный граф соответствия дефектов и диагностических параметров КЩУ ТЭД, определяющих среднеквадратическое отклонение интенсивности искрения во времени
Рисунок 6 - Двудольный граф соответствия дефектов и диагностических параметров КЩУ ТЭД, определяющих среднеквадратическое отклонение интенсивности искрения по коллектору
Рисунок 7 - Двудольный граф соответствия дефектов и диагностических параметров КЩУ ТЭД, определяющих
средний уровень искрения
Таким образом, применение графоаналитического метода позволило определить эффективное множество параметров диагностирования коллекторно-щеточного узла ТЭД подвижного состава в условиях неидентичности коммутационных циклов.
Выбранные диагностические параметры учитывают все основные требования, предъявляемые к множеству эффективных диагностических параметров. Полученный результат является достаточно близким к оптимальному и может быть использован для последующего распознавания и организации соответствующих процедур диагностирования.
Полученные оценки связей между элементами двудольного графа могут быть использованы для выполнения задачи диагностирования после накопления статистической информации и уточнения весов этих связей.
Список литературы
1. Авилов, В. Д. Методы анализа и настройки коммутации машин постоянного тока [Текст] / В. Д. Авилов. - М.: Энергоиздат, 1995. - 237 с.
2. Бочаров, В. И. Магистральные электровозы. Тяговые электрические машины [Текст] /. В. И. Бочаров. - М.: Энергоатомиздат, 1992. - 464 с.
74 ИЗВЕСТИЯ Транссиба № 4(12) 2012
3. Вольдек, А. И. Электрические машины: Учебник [Текст] / А. И. Вольдек. - Л.: Энергия, 1974. - 840 с.
4. Харламов, В. В. Методы и средства диагностирования технического состояния кол-лекторно-щеточного узла тяговых электродвигателей и других коллекторных машин постоянного тока [Текст]: Монография / В. В. Харламов. - Омск, 2002. - 233 с.
5. Осис, Я. Я. Диагностирование на граф-моделях (на примерах авиационной и автомобильной техники) [Текст] / Я. Я. Осис. - М.: Транспорт, 1991. - 244 с.
УДК 621.01; 534
А. П. Хоменко, С. В. Елисеев
НЕТРАДИЦИОННЫЕ ПОДХОДЫ К ПОСТРОЕНИЮ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ МЕХАНИЧЕСКИХ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ С РЫЧАЖНЫМИ СВЯЗЯМИ
Рассматриваются вопросы построения структурных моделей виброзащитных систем с рычажными механизмами или связями. Показано, что системы с твердыми телами могут быть приведены к общему виду, и предложены подходы к учету свойств рычажных механизмов. Вводятся новые понятия о структуре механической колебательной системы.
Возможности различных форм соединения наиболее распространенных звеньев механических колебательных систем в виде пружин и демпфирующих устройств нашли отражение в работах по теории механических цепей [1], теории подвесок транспортных средств [2], что связано с рассмотрением эквивалентных пружин и демпферов. Начальные представления о возможностях объединения свойств типовых элементов механических колебательных систем можно найти в работах по теории механизмов и машин, где упомянутые подходы использовались для определения приведенных масс и приведенных жесткостей. Приведенные характеристики получили применение не только в решении задач динамики механических систем, но и в статике в связи с задачами приведения силовых факторов. Широкое распространение задачи приведения сложных расчетных схем в динамике агрегатов, в частности, силовых передач, нашли отражение в работах [3, 4].
В более развитой форме вопросы формирования структур из типовых элементов рассматриваются в теории цепей и ее приложениях применительно к электрическим системам [5]. Возможности упрощения исходных механических систем и их математических моделей, в большей части линейных, стали основой ряда подходов, связанных с разработкой алгоритмов автоматического составления математических моделей и реализации идей автоматизации научных исследований и проектирования систем конкретного назначения [6]. Многие вопросы упрощения исходных структур с использованием идей блочного построения динамических структур были развиты в связи с развитием робототехники [7].
Вместе с тем, несмотря на значительное число работ, в которых в той или иной форме используются представления о возможностях построения приведенных или эквивалентных структур как направления создания некоторой основы для преобразования математических моделей, и технологии упрощения еще не получили должного внимания. В этом плане многое объясняется конкретными особенностями систем, определяемых физической природой составляющих элементов, а также целями и задачами исследования.
В динамике механических колебательных систем, являющихся расчетными схемами для многих задач, в частности, вибрационной защиты машин и оборудования, определенные перспективы имеют структурные методы исследования, связанные с применением аналитического аппарата теорий цепей и автоматического управления. Основной идеей метода является введение расширенного набора типовых элементарных звеньев механических систем. У
