CC BY
89
УДК 629.4.004
А. П. Семенов , И. К. Лакин
1 ОАО «Научно-исследовательский институт технологии, контроля и диагностики железнодорожного транспорта» (ОАО «НИИТКД»), г. Омск, Российская Федерация;
2 Инжиниринговый центр «ЛокоТех», г. Москва, Российская Федерация
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЛОКОМОТИВОВ
Аннотация. В статье на основании выполненных статистических расчетов по данным об эксплуатации основных серий отечественных локомотивов определены основные направления повышения эффективности эксплуатации локомотивов. Предложен в качестве универсального показателя коэффициент полезной работы. Показано, что наряду с повышением надежности локомотивов большим резервом является повышение эффективности системы управления тягой поездов. Доказано, что число секций локомотивов можно сократить не менее чем на 2000 тыс. секций.
Ключевые слова: железнодорожный транспорт, локомотивы, эффективность эксплуатации, локомоти-воремонтный комплекс, надежность, сервисное обслуживание.
1 2 Alexandr P. Semenov , Igor K. Lakin
1 Open Joint-Stock Company «Research Institute of the Railway Transport Control and Diagnostics» (OJSC «RIRTCD»), Omsk, the Russian Federation, 2LocoTech Engineering Center, Moscow, the Russian Federation
LOCOMOTIVE OPERATING EFFICIENCY STUDY
Abstract. Principal directions for increase of locomotive operating efficiency are determined in the article based on statistical estimates as per data on the main domestic locomotive series. Work ratio is suggested as universal indicator. It is demonstrated that in addition to locomotives' reliability enhancement, increase of the trains' haulage management system efficiency is also a large reserve. It is proven that the number of locomotive units can be reduced at least by 2,000 thous. units.
Keywords: rail transport, locomotives, operating efficiency, locomotive repair center, reliability, service maintenance.
В ОАО «РЖД» подготовлена Долгосрочная программа развития компании до 2025 года (ДПР), в которой на основании сравнения эксплуатационных показателей отечественных железных дорог и дорог ведущих железнодорожных держав, а также потребности российской экономики в перевозках предлагаются целевые показатели [1].
По грузовым перевозкам Россия находится на ведущем, сопоставимом с США и Китаем, уровне. По числу грузовых вагонов (1 млн) Россия уступает только США (1,6 млн). При этом грузооборот отечественного железнодорожного транспорта составляет 45 % от общего в России (трубопроводный - 47,8 %, автомобильный - 4,6 %). В общем доходе ОАО «РЖД» (1698 млрд руб.) грузовые перевозки составляют 88 % (1494 млрд руб.), а по дальности перевозок РФ существенно превосходит другие страны (более 1917 км; у США - 1568 км, у Китая - 886 км). При этом участковая скорость - одна из самых высоких в мире - 40,7 км/ч (США - 41,2 км/ч), а стоимость перевозок - одна из самых низких: 1,47 цента США за тонно-километр (Франция - 5,62, Германия - 4,61, Китай - 2,5, США - 2,46). Рентабельность по EBITDA также на хорошем уровне - 27 % (США - до 42 %, Европа - 18, ЮАР - 42, Индия - 9 %).
Запланировано существенно повысить эффективность функционирования железнодорожного транспорта РФ. Выручка с 2370 млрд руб. в 2018 г. должна вырасти до 3937 млрд руб. в 2025 г. (+66 %). Прибыль - со 157 до 728 млрд руб. (+363 %). Рентабельность по EBIDTA - c 18,7 до 29,4 % (+57 %). Рентабельность по чистой прибыли - с 1,5 до 8,8 % (+486 %). Погрузка грузов должна вырасти с 1299 млн т в 2018 г. до 1703,7 млн т в 2025 г.
(+31 %). Грузооборот без учета порожнего пробега должен возрасти с 2595 до 3537 млрд ткм (+36 %).
Очевидно, что опережающий рост экономических показателей по сравнению с техническими можно обеспечить за счет повышения эффективности отрасли. Поставленные задачи невозможно решить без повышения эффективности эксплуатации тягового подвижного состава - локомотивов. Поэтому из инвестиционной программы до 2025 г. в объеме 7553 млрд руб. на подвижной состав запланировано 1213 млрд руб. Проекты тягового подвижного состава относят к проектам с прямым экономическим эффектом.
Особые требования предъявляются к тяговым характеристикам локомотивов: должны возрасти сила тяги, вырасти скорость, уменьшиться динамическое воздействие на путь, повыситься энергоэффективность.
Одновременно должна повыситься надежность локомотивов, снизиться себестоимость жизненного цикла локомотива и сервисного обслуживания. Например, пробег между обслу-живаниями на ПТОЛ (ТО-2) должен вырасти до 12 тыс. км. Число отказов на 1 млн км пробега не должно превышать 10. Один из главных показателей надежности локомотива - коэффициент готовности к эксплуатации (КГЭ), который вводится вместо показателя «коэффициент технической готовности» (КТГ). В ОАО «РЖД» поставлена амбициозная задача довести КГЭ до уровня 0,95 (95 %). Для поиска путей повышения эффективности эксплуатации локомотивов выполнен анализ статистической эффективности эксплуатации локомотивов.
Для анализа резервов повышения использования локомотивов выполнен анализ потерь времени при эксплуатации и обслуживании локомотивов по алгоритму, представленному на рисунке 1.
Рисунок 1 - Алгоритм подготовки данных для анализа эффективности эксплуатации локомотивов
На первом этапе (блок 2) исследования исходные данные об эксплуатации локомотивов были скачаны из информационной системы ОАО «РЖД» под названием АСОУП [2] в Ехсе1-таблицы. Структура скачанных данных приведена в таблице 1. Список рассмотренных серий локомотив приведен в таблице 2: Пять серий электровозов переменного тока, три серии электровозов постоянного тока и четыре серии тепловозов [3]. По каждой серии взято по 40 локомотивов (статистически достоверная (репрезентативная) случайным образом сформированная выборка), по каждому из которых выбраны данные за 400 - 500 дней их эксплуатации: с марта 2017 г. по июль 2018 г. Общее число исходных данных (10 - 14 тыс. событий АСОУП по 40 локомотивам по 12 сериям) превышает 4,8 млн событий.
Таблица 1 - Пример исходных данных АСОУП о работе локомотивов
Тяговый подвижной состав (ТПС) Серия Номер Секция Дата и время операции Код состояния Состояние Тип состояния Время в состоянии, мин
2ЭС5К №129/150 2ЭС5К 150 А 20.03.2017 20:46 102 Прост. приб. Исправное 74
2ЭС5К №129/150 2ЭС5К 150 А 20.03.2017 22:00 1 Гол. п. Исправное 17
2ЭС5К №129/150 2ЭС5К 150 А 20.03.2017 22:17 1 Гол. п. Исправное 50
2ЭС5К №129/150 2ЭС5К 150 А 20.03.2017 23:07 1 Гол. п. Исправное 123
2ЭС5К №129/150 2ЭС5К 150 А 21.03.2017 1:10 1 Гол. п. Исправное 2
2ЭС5К №129/150 2ЭС5К 150 А 21.03.2017 1:12 1 Гол. п. Исправное 2
2ЭС5К №129/150 2ЭС5К 150 А 21.03.2017 1:14 1 Гол. п. Исправное 1
2ЭС5К №129/150 2ЭС5К 150 А 21.03.2017 1:15 102 Прост. приб. Исправное 34
2ЭС5К №129/150 2ЭС5К 150 А 21.03.2017 1:49 113 Сдача брг. Исправное 14
2ЭС5К №129/150 2ЭС5К 150 А 21.03.2017 2:03 112 Авт. зах. тч Исправное 16
2ЭС5К №129/150 2ЭС5К 150 А 21.03.2017 2:19 105 Ож. работы Исправное 239
2ЭС5К №129/150 2ЭС5К 150 А 21.03.2017 6:18 114 Прием брг. Исправное 107
Таблица 2 - Рассмотренные серии локомотивов
№ п/п Серия Тип ТПС Обоснование выбора
Электровозы переменного тока
1 ВЛ80С 8 осей, 2 секции Выпуск: 1961 - 1995. 4921 шт.
2 ВЛ80Р 8 осей, 2 секции Первый электровоз с ВИП. Выпуск: 1974 - 1986. 373 шт.
3 ВЛ85 12 осей, 2 секции Первый электровоз с ВИП и АСУ. Выпуск: 1983 - 1994. 373 шт.
4 2ЭС5К 8 осей, 2 секции Современный электровоз с МСУ. Выпуск: с 2004. 345 шт.
5 3ЭС5К 12 осей, 3 секции Современный электровоз с МСУ. Выпуск: с 2006. 895 шт.
Электровозы постоянного тока
6 ВЛ10 8 осей, 2 секции Выпуск: 1961 - 1977. 1902 шт. (модификации - до 1985. 982 шт.).
7 2ЭС4К 8 осей, 2 секции Современный электровоз с МСУ. Выпуск: с 2006. 148 шт.
8 3ЭС4К 12 осей, 3 секции Современный электровоз с МСУ. Выпуск: с 2014. 55 шт.
Тепловозы
9 2ТЭ10МК 12 осей, 2 секции После капитального ремонта оснащен МСУ. Основной локомотив на БАМ. Выпуск ТЭ10: 1958 - 2007. 19 тыс. секций
10 3ТЭ10МК 12 осей, 3 секции см. 2ТЭ10МК
11 2ТЭ116У 12 осей, 2 секции Практически современный тепловоз с МСУ. Выпуск: 2007 - 2015. 472 шт.
12 2ТЭ25КМ 12 осей, 2 секции Современный тепловоз с МСУ. Выпуск: с 2014. 321 шт.
На втором этапе (блоки 3 - 8) последовательно по каждому локомотиву каждой серии выполнена обработка исходных данных с помощью специально написанной программы на встроенном в Excel языке программирования VBA (Visual Basic for Applications) [4] : вычислено общее время нахождения локомотива в различных состояниях, характеризующих эффективность тяги поездов и затраты времени на техническое обслуживание и ремонт (ТОиР) (таблица 3).
Таблица 3 - Рассмотренные коды состояния локомотивов
Название состояния Расшифровка названия Тип состояния Обоснование
Гол. п. Тяга в голове поезда Исправное Основное состояние, в котором локомотив должен находиться как можно дольше при эксплуатации
Ож. работы Ожидание работы Исправное Основной вид потерь при эксплуатации локомотива
ТО-2 Обслуживание на ПТОЛ ТОиР Самый массовый вид ТОиР
Ож. ТО2 Ожидание ТО-2 Исправное Один из основных видов потерь при ТОиР
ТР-1 Обслуживание в объеме ТР-1 ТОиР Планово-предупредительный ремонт
ТР-2 Обслуживание в объеме ТР-2 ТОиР Планово-предупредительный ремонт
ТР-3 Обслуживание в объеме ТР-3 ТОиР Планово-предупредительный ремонт
ТО-4 Обточка колесных пар в депо ТОиР Производится по состоянию бандажей
ТР+ТО4 Обточка и ТР ТОиР Совмещенные два вида обслуживания
Ож. пер. рем. Ожидание ремонта ТОиР Важно для экономии времени локомотива
Непл. рем. Неплановый ремонт (НР) НР Потери из-за низкой надежности локомотивов
Ож. неп. рем. Ожидание НР НР Вид потерь, которые можно сократить
В результате обработки данных по каждому локомотиву получены следующие данные: общее время в эксплуатации и в ремонте (в минутах и процентах), нахождение в каждом состоянии (в минутах и процентах). Фрагмент таблицы показан в таблице 4.
Таблица 4 - Фрагмент таблицы обработанных данных по серии 3ЭС5К
№ п/п Локомотив Время наблюдения, сутки Среднесуточный пробег, км Процент времени на обслуживании Гол. п., % Ож. работы, %
1 3ЭС5К №1 487 510 20,17 58,55 3,84
2 3ЭС5К №20 487 552 18,00 63,31 3,07
3 3ЭС5К №33 487 415 15,71 8,92 4,71
4 3ЭС5К №55 487 544 18,34 61,88 2,55
5 3ЭС5К №77 494 466 13,57 29,17 5,16
6 3ЭС5К №88 487 529 18,55 61,94 2,57
7 3ЭС5К №100 487 603 10,34 70,32 2,50
8 3ЭС5К №144 487 620 10,10 69,46 2,54
9 3ЭС5К №177 487 590 10,04 69,77 2,89
10 3ЭС5К №200 487 611 7,73 71,92 2,81
11 3ЭС5К №222 488 535 18,80 61,47 2,87
12 3ЭС5К №255 487 498 19,19 52,56 6,08
13 3ЭС5К №277 487 607 10,83 67,87 3,07
14 3ЭС5К №300 487 614 9,93 68,87 3,20
15 3ЭС5К №321 487 546 16,74 64,05 2,71
16 3ЭС5К №333 487 568 16,41 65,32 2,62
17 3ЭС5К №350 487 592 11,26 68,86 2,69
18 3ЭС5К №377 487 575 12,32 66,41 2,89
19 3ЭС5К №400 487 600 10,38 71,11 2,59
Полученные по каждому локомотиву данные (см. таблицу 4) сведены в единую Ехсе1-таблицу (блок 9).
Данные по таблице 5 статистически обработаны также с помощью специально написанной на УВА-программе. По каждому параметру/( i е[1,15]- см. таблицу 3) локомотивов
каждой серии j (j е [1,12] - см. таблицу 2) для выборки М1. (к е [1,40]) рассчитаны математические ожидания М1 ., среднеквадратичные отклонения и коэффициент вариации К (блок 10), определенные по известным формулам [5]:
М1.=40 I = (М1к); (1)
. ^39 I 1 (М1к - М1 . )2; (2)
К„ =°„/М V (3)
Отдельные локомотивы за год наблюдения могли длительно простаивать на неплановом ремонте, быть отставленными в запас, по другим причинам полноценно не участвовать в перевозочном процессе. Поэтому после расчета математического ожидания и среднеквадрати-ческого отклонения (СКО) данные подвергнуты чистке по методу трех сигм: в дальнейшем рассмотрении оставлены только те данные, которые входят в диапазон:
М1.. -3а.. < М1 ... < М1.. + 3а... (4)
У У Ук У У у '
В результате исходная выборка в К1 = 40 данных по ряду параметров уменьшилась до К2. е[38,40] или 0 (например, если локомотивы рассматриваемой серии не заходили на ремонт ТР-2 за рассматриваемый период). Для вновь полученной выборки К2. произведен расчет математических ожиданий М2. , СКО а2. , а2. и Ку 2. по формулам (1) - (3) (блок 11). Именно для этих данных выполнен расчет %2.согласно критерию Пирсона (блок 12). При этом пространство значений параметров М1.к последовательно было разбито на 6, 7, 8, 9 и 10 диапазонов Дп. Наилучший результат оказался при разбиении на семь диапазонов (п е [1,7]):
7 (N - N .. )2
_ Х^7 V Уп теоррт/ /сч
= 1 п=1—N-' (5)
теоруп
где N - фактическое число попаданий в диапазон п;
Nтеорjn - теоретическое ожидаемое число попаданий в диапазон п:
^еор . = К2 • Рп , (6)
где Рп - теоретическая вероятность попадания в диапазон п, которая вычислялась как площадь криволинейной трапеции через сумму площадей т = 1000 прямоугольников, на которые разбивался каждый диапазон Дп:
11000 1
ехр
Ч*п - М2)2 л
2а2 .2
(7)
Р = д I1000—
У
По полученному значению %2 согласно таблице критериев Пирсона определена вероятность Р соответствия нормальному закону распределения случайной величины, что позволя-
ет оценить достоверность полученных данных: при вероятности P > 0,3 выборку можно считать унимодальной и пригодной для анализа как однородные достоверные данные. В противном случае следует учитывать, что выборка бимодальна и даже мультимодальна.
На основании обработанных данных выполнен последующий анализ (блок 13), основные результаты которого будут приведены далее.
В качестве дополнительного показателя для анализа использован коэффициент корреляции Ту е[-1,+1] между значениями параметров групп i и j по всем рассмотренным сериям локомотивов:
Т Ц (Mk - M)(Mjk - Mj) (8)
j (M - m)2ZU, (M~t - Mj )2'
где Mt и Mj - математические ожидания параметров i и j;
Mik и Mjk - значения параметров i и j по локомотиву k e [1,12].
Коэффициент корреляции позволяет оценить независимость параметров или их взаимное влияние.
Согласно кодировке состояний локомотива АСОУП [2] локомотив может находиться более чем в ста различных состояниях, связанных как с его эксплуатацией (тяга поезда, ожидание работы, перемещение, приемка и др.), так и с его обслуживанием (ожидание ТОиР, ТОиР, перемещение в ТОиР и др.).
Полезную работу локомотив совершает только в состоянии с кодом 1 «Гол. п.» - тяга поезда в голове поезда (работа в режимах «Подталкивание», «Маневровая работа» и другие вспомогательные режимы эксплуатации локомотива не рассматривались, так как выбраны магистральные грузовые локомотивы (см. таблицу 2). Есть состояния, не входящие в понятия «эксплуатация» и «ТОиР», например, постановка в резерв, модернизация и др. Кроме собственно тяги все остальные состояния по сути являются вспомогательными: ожидание работы, приемка локомотива, обслуживание, экипировка - все это плановые или внеплановые потери рабочего времени локомотива.
Таблица 5 - Коэффициент полезной работы локомотивов КАП
Серия локомотива K2 Кап, % G Kv Min2, % Max2, % Х2 P
ВЛ80С 40 53,2 14,2 0,3 18,1 73,2 8,7 0,05
ВЛ80Р 39 64,9 5,4 0,1 53,5 73,1 7,4 0,1
ВЛ85 39 71,4 3,6 0,1 60,7 76,2 19,9 0
2ЭС5К 40 44,3 12,8 0,3 16,3 71,0 3,3 0,5
3ЭС5К 39 66,2 8,1 0,1 29,2 76,2 290,3 0
ВЛ10 40 40,4 13,2 0,3 7,6 52,2 42,5 0
2ЭС4К 40 32,8 11,2 0,3 4,7 50,5 8,1 0,05
3ЭС4К 40 50,6 6,9 0,1 33,7 57,8 23,1 0
2ТЭ10МК 40 34,4 12,3 0,4 14,3 56,8 8,0 0,05
3ТЭ10МК 40 37,4 13,0 0,3 4,8 55,5 13,5 0,001
2ТЭ116У 40 40,5 10,9 0,3 14,8 57,5 11,8 0,01
2ТЭ25КМ 40 40,9 7,0 0,2 24,2 49,5 14,5 0,001
По всем сериям 48,1 76,2
Таким образом, тяга в голове поезда является единственным «полезным» состоянием локомотива, и время нахождения в этом состоянии должно стремиться к 100 %. В таблице 5 приведены результаты расчета процента нахождения локомотивов рассмотренных серий в
состоянии «Тяга» в голове поезда. При этом вводится понятие «коэффициент (процент) полезной работы» КАП :
Кап = Ттага/1Т илиКАП = 100 %-Т^/1Т , (9, 10)
где Тяга- время нахождения локомотива в состоянии «Тяга в голове поезда»;
IТ - общее время жизненного цикла локомотива за рассматриваемый период.
Из анализа данных таблицы 5 можно сделать следующие выводы.
1. В среднем полезная работа локомотива составляет менее 50 % общего времени его жизненного цикла. Самый низкий процент у тепловозов - в среднем КАП = 38,3 %, по отдельным тепловозам КАП достигал за год 57,5 %. Самый высокий - у электровозов переменного тока: в среднем КАП = 60 %, по отдельным электровозам КАП достигал 76,2 %. Таким образом, согласно практически достигнутым результатам полезную работу локомотивов можно поднять на 20 - 25 % только за счет лучшей организации перевозочного процесса.
2. Полученные данные нельзя считать унимодальными, причиной чему являются различные условия эксплуатации локомотивов в течение года. Относительно унимодальными являются данные по локомотивам серии 2ЭС5К (Р = 0,5), занятым в местной и вывозной работе.
3. Самой эффективной является эксплуатация локомотивов серии ВЛ85 (71,4 % при максимальном 76,2 %).
4. Сравнение лучших показателей эффективности эксплуатации локомотивов со средними показывает, что резерв повышения эффективности эксплуатации локомотивов составляет в среднем 14,4 %. При повышении эффективности эксплуатации локомотивов даже на 10 % возможно высвобождение не менее 1,5 тыс. локомотивов.
5. С ростом процента полезной работы уменьшается среднеквадратичное отклонение параметра с коэффициентом корреляции г = -0,42. Это подтверждает, что упорядочивание перевозочного процесса повышает эффективность тяги, но при этом связь между процентом полезной работы и соответствием нормальному закону отсутствует: г = -0,07.
Следовательно, первый существенный резерв повышения эффективности эксплуатации локомотивов заключается в улучшении организации перевозочного процесса и увеличении времени нахождения в состоянии «Тяга поезда» до 70 %.
АКПР = 20 %. (11)
Второй показатель, характеризующий эффективность эксплуатации локомотивов, - это среднесуточный пробег, результаты анализа которого приведены в таблице 6.
Данные по пробегам аналогичны данным по проценту тяги в голове поезда. Это подтверждается и коэффициентом корреляции между этими двумя параметрами, который практически равен 100 %: г = 0,993. Однако параметр «В голове поезда» является более удобным, так как позволяет сравнивать эффективность тяги по различным сериям локомотивов различных полигонов вне зависимости от установившегося среднесуточного пробега.
Следовательно, важным информативным показателем оценки эффективности эксплуатации локомотивов является процент нахождения локомотива в состоянии «В голове поезда». Показатель «Среднесуточный пробег» не универсален, так как существенно зависит от серии локомотива и полигона его эксплуатации.
В качестве одного из видов эксплуатационных потерь времени в таблице 7 приведены потери в состоянии «Ожидание работы». В этом состоянии локомотив исправен, полностью готов к работе, но не участвует в движении. Из данных таблицы 7 видно, что время ожидания тяги может превышать 10 % и составлять до 40 % от полезной работы.
Таблица 6 - Эффективность тяги поездов КАП по показателю «Среднесуточный пробег»
Серия локомотива К2 Среднесуточный пробег, км а КУ Мт2 Мах2 Х2 Р
ВЛ80С 40 452 126 0,28 204 735 3,1 0,5
ВЛ80Р 39 569 40 0,07 473 631 4,7 0,3
ВЛ85 40 603 33 0,05 509 643 22,1 0
2ЭС5К 40 379 116 0,31 114 594 19,0 0
3ЭС5К 39 578 44 0,08 466 643 7,2 0,1
ВЛ10 40 306 99 0,32 63 385 45,0 0
2ЭС4К 40 238 81 0,34 40 373 10,8 0,02
3ЭС4К 40 391 96 0,25 190 485 50,4 0
2ТЭ10МК 40 276 105 0,38 124 465 17,6 0,001
3ТЭ10МК 40 293 56 0,19 154 370 6,6 0,1
2ТЭ116У 40 329 93 0,28 116 460 9,6 0,02
2ТЭ25КМ 40 340 63 0,18 191 449 16,8 0,001
Таблица 7 - Процент времени в состоянии «Ожидание работы»
Серия локомотива Ож. работы, % а КУ Мт, % Мах, % Тяга, % Доля ожидания работы от тяги, %
ВЛ80С 4,6 1,46 0,32 1,6 8,9 53,2 8,6
ВЛ80Р 2,7 1,04 0,38 1,3 4,9 64,9 4,2
ВЛ85 1,8 0,45 0,25 1,2 3,2 71,4 2,5
2ЭС5К 6,5 3,20 0,49 1,7 13,9 44,3 14,7
3ЭС5К 2,9 0,69 0,24 1,9 5,2 66,2 4,4
ВЛ10 9,4 3,16 0,34 2,0 16,4 40,4 23,3
2ЭС4К 13,2 6,06 0,46 3,4 26,8 32,8 40,2
3ЭС4К 9,1 2,99 0,33 5,1 15,4 50,6 18,0
2ТЭ10МК 9,7 5,55 0,57 1,5 27,8 34,4 28,2
3ТЭ10МК 6,1 2,39 0,39 3,6 14,2 37,4 16,3
2ТЭ116У 7,2 2,93 0,41 2,9 13,7 40,5 17,8
2ТЭ25КМ 10,9 3,78 0,35 5,4 20,0 40,9 26,7
Следовательно, повысить эффективность эксплуатации локомотивов за счет сокращения простоя в ожидании работы возможно:
- по электровозам переменного тока - на 2 %;
- по электровозам постоянного тока - на 3 %;
- по тепловозам - на 10 %.
При практически возможном сокращении времени ожидания работы в два раза увеличение времени полезной работы
АКдп Ож. раб = 10 % • 50 % = 5 %. (12)
Ранее было показано, что эффективность эксплуатации локомотивов КАП можно поднять на 10 % за счет улучшения организации движения поездов. В настоящем разделе рассмотрен следующий резерв - повышение эффективности технического обслуживания и ремонта локомотивов (ТОиР). В качестве самого общего показателя взят процент нахождения локомотивов во всех состояниях, связанных с ТОиР (таблица 8).
Анализ полученных данных позволяет сделать следующие выводы.
1. Соответствие нормальному закону (унимодальность) достаточно высокое у электровозов переменного тока старых серий: ВЛ80 и ВЛ85. У них также низкий коэффициент вариации. У новых серий 2ЭС5К и 3ЭС5К продолжается отладка технологических процессов ТОиР, из-за чего процесс мультимодален. У тепловозов и электровозов постоянного тока унимодальность практически отсутствует, что связано с наличием неплановых ремонтов и
сверхцикловых работ. Об этом же свидетельствует высокий коэффициент вариации. (Далее по указанной причине вероятность нормальному закону не приводится.)
2. Процент времени на ТОиР существенно превышает ожидаемые в перспективе 5 % [1] и составляет от 11,6 до 37,1 %.
3. Наименьший простой на ТОиР имеют электровозы переменного тока: 10,5 %. Это свидетельствует как о надежности этих локомотивов, так и об отлаженности за последние десятилетия технологии их ТОиР.
4. Имеются претенденты по отдельным локомотивам, когда среднегодовой простой на ТОиР (по данным за 400 дней) был меньше целевых 5 % - это электровозы серий ВЛ80С (4,1 %), 3ЭС5К (4,7 %) и ВЛ10 (2,5 %). Есть примеры, когда простой близок к 5 %: 2ЭС4К (5,1 %), 3ЭС4К (5,8 %), 2ТЭ10МК (5,4 %). Таким образом, сокращение простоя по электровозам переменного тока до 5 % следует считать теоретически достижимым.
5. Простой на ТОиР существенно влияет на среднесуточный пробег локомотивов и процент нахождения в тяге (г = -0,87).
6. У тепловозов новых серий простой на ТОиР существенно ниже, чем у тепловозов старых серий: 2ТЭ116У - 18,5 %, 2ТЭ25КМ - 14,9 %. При этом простой остается недопустимо высоким.
Таблица 8 - Процент времени ТОиР в общем бюджете локомотива
Серия локомотива К2 ТОиР, % а КУ Мт, % Мах, % Х2 Р
ВЛ80С 38 10,4 3,74 0,36 4,1 20,1 4,7 0,3
ВЛ80Р 39 10,8 2,07 0,19 6,6 14,6 1,7 0,7
ВЛ85 39 10,4 1,94 0,19 6,0 14,4 2,2 0,7
2ЭС5К 39 10,5 4,59 0,44 2,9 20,4 6,7 0,1
3ЭС5К 40 9,8 3,86 0,39 4,7 18,5 10,8 0,02
ВЛ10 39 12,9 6,63 0,51 2,5 30,8 14,7 0,001
2ЭС4К 40 16,7 6,87 0,41 5,1 37,1 5,4 0,2
3ЭС4К 39 11,8 5,16 0,44 5,8 26,5 10,8 0,02
2ТЭ10МК 40 20,4 7,29 0,36 5,4 36,8 2,3 0,5
3ТЭ10МК 40 25,3 9,46 0,37 10,2 51,9 6,0 0,1
2ТЭ116У 39 18,5 6,42 0,35 8,2 33,6 2,1 0,7
2ТЭ25КМ 39 14,9 4,22 0,28 6,7 23,9 7,8 0,05
Расчеты показали, что существенную долю в проценте простоя на ТОиР составляет ожидание ТОиР. В таблице 9 приведены процент простоя в ожидании различных видов ремонта и общий процент простоя в состоянии ожидания ремонта (третий столбец справа), он составляет от 5 до 19,6 %. При этом в общем времени, затраченном на ТОиР, ожидание ТОиР составляет в среднем (даже без учета 2ТЭ25КМ) 58 %. Таким образом, непроизводительные потери в области ТОиР только за счет снижения простоя в ожидании обслуживания можно сократить вдвое. Это тем более важно, что в этой области нужны не столько капитальные затраты, сколько наведение логистического порядка. (В АСОУП [2] нет различия ожидания ремонта по их объему, поэтому данные приведены как «Ожидание планового ТОиР».)
Из проведенных расчетов видно, что важным направлением повышения эффективности эксплуатации локомотивов является сокращение времени простоя в ожидании ТОиР. При этом по имеющимся статистическим данным видно, что практически время ожидания можно сократить в два - три раза, сократив общее время ТОиР на 15 - 25 % и повысив тем самым коэффициент полезной работы на АКап Ож:
АКап Ож = 10 % • 20 % = 2 %. (13)
Таблица 9 - Влияние ожидания ТОиР на эффективность эксплуатации ТПС
Серия локомотива Доли (%) времени в общем бюджете локомотива Доля ожидания от ТОиР, %
ожидание планового ТОиР, % ожидание ТО-2, % ожидание НР, % всего ожидание, % все виды ТОиР, %
ВЛ80С 1,5 1,2 1,0 3,7 10,4 36,1
ВЛ80Р 1,5 1,5 1,5 4,4 10,8 40,9
ВЛ85 0,8 1,6 1,1 3,6 10,4 34,4
2ЭС5К 3,3 1,3 0,9 5,5 10,5 52,5
3ЭС5К 2,1 1,2 0,8 4,1 9,8 41,9
ВЛ10 1,2 1,1 0,4 2,7 12,9 20,6
2ЭС4К 3,5 1,9 0,9 6,3 16,7 37,6
3ЭС4К 1,9 0,7 0,8 3,4 11,8 28,6
2ТЭ10МК 2,8 1,4 2,3 6,5 20,4 32,1
3ТЭ10МК 3,5 1,8 3,2 8,4 25,3 33,4
2ТЭ116У 3,3 0,9 2,9 7,1 18,5 38,3
2ТЭ25КМ 4,0 0,9 1,1 6,0 14,9 40,5
В таблицах 10, 11 приведен процент влияния различных видов ТОиР на долю ТОиР в
АКап. Из данных таблицы 10 видно, что сам ТОиР составляет примерно 5,2 % потерь АКап,
что достаточно не много, но вместе с ожиданием ТОиР потери составляют 14,4 %, что уже существенно. При этом основную долю (85,2 %) в собственно ТОиР составляют обслуживания в объеме ТО-2 (27,5 %), ТР-1 (35,9 %) и НР (21,8 %). Из статистики работы локомотивов за год видно, что есть локомотивы, у которых эти показатели существенно ниже, поэтому, можно говорить о возможности двойного сокращения времени простоя локомотивов на
ТОиР АКап тоир :
АКап ТОиР = 5,2 % • 50 % = 2,6 %. (14)
Таблица 10 - Доля видов ТОиР в общем бюджете обслуживания без учета времени ожидания и прочих простоев
Серия локомотива Доля ТОиР в бюджете времени, % Доля различных видов ТОиР в общем бюджете ТОиР без учета ожидания
ТО-2, % ТР-1, % ТР-2, % ТР-3, % НР, %
ВЛ80С 4,1 29,4 45,8 3,9 5,2 15,7
ВЛ80Р 4,8 30,6 35,2 5,3 4,6 24,2
ВЛ85 6,1 26,5 37,4 7,1 10,3 18,7
2ЭС5К 2,9 45,3 28,3 3,4 7,9 15,1
3ЭС5К 3,3 35,9 34,6 5,9 11,6 12,1
ВЛ10 7,6 13,8 74,0 3,0 2,9 6,3
2ЭС4К 5,2 37,0 37,0 1,3 9,0 15,5
3ЭС4К 4,5 14,5 44,8 8,1 15,3 17,3
2ТЭ10МК 7,3 19,4 31,6 6,7 6,2 36,2
3ТЭ10МК 10,3 17,4 22,3 9,9 1,4 49,0
2ТЭ116У 4,4 21,1 15,7 14,1 13,1 36,1
2ТЭ25КМ 2,4 39,1 24,5 21,5 0,0 14,9
Среднее 5,2 27,5 35,9 7,5 7,3 21,8
Таблица 11 - Доля видов ТОиР в общем бюджете обслуживания с учетом времени ожидания и прочих простоев
Серия локомотива Доля ТОиР в общем бюджете локомотива, % Доля видов ремонтов в доле ТОиР от общего бюджета времени
ТО-2, % ТР, % НР, % Прочее, %
ВЛ80С 10,4 24,2 36,2 16,1 23,5
ВЛ80Р 10,8 28,4 33,7 24,5 13,4
ВЛ85 10,4 29,3 40,2 22,0 8,6
2ЭС5К 10,5 24,8 42,1 13,0 20,0
3ЭС5К 9,8 24,4 38,8 12,8 24,1
ВЛ10 12,9 24,6 56,7 6,9 11,9
2ЭС4К 16,7 27,8 35,7 10,1 26,4
3ЭС4К 11,8 15,4 42,5 13,2 28,9
2ТЭ10МК 20,4 14,6 29,9 24,2 31,4
3ТЭ10МК 25,3 13,0 30,2 35,7 21,2
2ТЭ116У 18,5 11,1 30,0 25,8 33,1
2ТЭ25КМ 14,9 14,7 35,1 9,9 40,3
Среднее 14,4 20,8 37,1 17,4 24,7
Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы.
1. Общую эффективность эксплуатации локомотивов можно оценить через коэффициент (процент) полезной работы, определяемый как отношение времени нахождения локомотива в
состоянии «В голове поезда» к общему времени эксплуатации: КАП = Ттяга/^ T или
КАП = 100 • Тя-а/ ^ Т . Нахождение во всех остальных состояниях согласно теории Lean Production следует считать потерями первого (можно устранить) и второго (устранить сложно) рода.
2. Полезная работа локомотивов КАП в среднем составляет 48 % (рисунок 2). При этом
есть прецеденты (Best Practice), когда все локомотивы серии имеют КАП > 70 % (ВЛ85). Отдельные локомотивы достигали в среднем за год КАП > 75 % (ВЛ85-233: 76,2 %, ВЛ85-268: 75,7 %, ВЛ85-140: 75,3 %, 3ЭС5К-777: 76,2 % и др.). Таким образом, за счет совершенствования технологии перевозочного процесса и сокращения потерь времени в эксплуатации полезную работу локомотивов можно поднять на КАПЭ = 10 %, что приведет к сокращению потребного парка на 2 тыс. секций.
£ Е
i5
о у
ш
s
_
2 3
е. -
Полезная работа Потери
в эксплуатации
Ожидание раоо гы Ожн дани е ТО иР
ТОиР
События
Рисунок 2 - Среднее распределение бюджета времени локомотивов
3. Потери на ТОиР в сумме составляют 14,4 %, из них ожидание ТОиР - 9,2 %, в ожидании работы - 10,9 %. Сокращение времени простоя в ожидании в два раза позволит повысить коэффициент полезной работы АКдд Ож на 5 %.
4. Сам простой локомотивов на ТОиР составляет 5,2 % и не является решающим резервом повышения коэффициента полезной работы, поэтому решающим для перевозочного процесса является стоимость жизненного цикла локомотива.
5. Для сокращения времени простоя локомотива на ТОиР необходимо проведение следующих мероприятий:
- увеличение межремонтных пробегов за счет совершенствования конструкции локомотивов;
- внедрение крупноагрегатных методов ремонта;
- внедрение бортовых систем технического диагностирования на базе микропроцессорных систем управления и соответствующих датчиков для частичного перехода на ремонт по техническому состоянию [7];
- внедрение деповских переносных и стационарных автоматизированных систем технического диагностирования (АСТД) для дальнейшего внедрения системы ремонта по фактическому техническому состоянию [8];
- цифровизация процессов управления сервисным локомотивным депо и жизненным циклом локомотива с целью создания прозрачной технологии ТОиР [9].
Список литературы
1. Долгосрочная программа развития ОАО «РЖД» до 2025 года [Текст] / ОАО «РЖД». -М., 2018. - 93 с.
2. Автоматизированная система оперативного управления перевозками. Дорожный уровень. База данных АСОУП-2 [Текст] / АО «НИИАС». - М., 2005. - 24 с.
3. Раков, В. А. Локомотивы отечественных железных дорог (1956 - 1975 гг.) [Текст] / В. А. Раков. - М.: Транспорт, 1999. - 443 с.
4. Уокенбах, Дж. Excel 2010: профессиональное программирование на VBA [Текст]: Пер. с англ. / Дж. Уокенбах. - М.: Вильямс, 2014. - 944 с.
5. Вентцель, Е. С. Теория вероятностей и ее инженерные приложения [Текст] / Е. С. Вентцель, Л. А. Овчаров. - М.: Академия, 2003. - 464 с.
6. Womak J. P. The machine that changed the world. The story of lean production. 1991. 323 p.
7. Мониторинг технического состояния и режимов эксплуатации локомотивов. Теория и практика [Текст] / К. В. Липа, А. А. Белинский и др. / ООО «Локомотивные Технологии». -М., 2015. - 212 с.
8. На основе средств технического диагностирования и информационных технологий [Текст] / А. П. Семенов, А. С. Вайсбурд и др. // Железнодорожный транспорт. - 2012. -№ 7. - С. 181 - 185.
9. Автоматизированная система управления локомотивным хозяйством. АСУТ [Текст] / Под ред. И. К. Лакина / ЗАО «ОЦВ». - М., 2002. - 516 с.
10. Семенов, А. П. Комплексные решения автоматизации технологических процессов диагностирования и ремонта подвижного состава [Текст] / А. П. Семенов, С. В. Елисеев // Материалы X междунар. науч.-практ. конф. «Подвижной состав XXI века: идеи, требования, проекты» / Петербургский гос. ун-т путей сообщения. - СПб, 2015. - С. 65 - 68.
References
1. Dolgosrochnaya programma razvitiya OAO «RZD» do 2025 goda (Long-term development program of Russian Railways until 2025), Moscow, Russian Railways OJSC, 2018, 93 р.
2. Avtomatizirovannaya sistema operativnogo upravleniya perevozkami. Dorozhnyj uroven'. Baza dannyh ASOUP-2 (Automated system of operational traffic management. Road level. Database ASOUP-2), Moscow, JSC NIIAS, 2005, 24 р.
3. Rakov V. A. Lokomotivy otechestvennykh zheleznykh dorog (1956 - 1975 gg.) (Locomotives of domestic railways (1956 - 1975)). Moscow: Transport, 1999, 443 р.
4. Wakenbach, J. Excel 2010: professional'noe programmirovanie na VBA (Excel 2010: Professional VBA Programming). Moscow: LLC «I. D. Williams», 2014, 944 р.
5. Ventcel' E.S., Ovcharov L. A. Teoriya veroyatnostej i ee inzhenernyeprilozheniya (Probability theory and its engineering applications). Moscow: Academy, 2003, 464 р.
6. Womak J. P. The machine that changed the world. The story of lean production. 1991. 323 p.
7. Lipa K. V., Belinskiy A. A., Pustovoy V. N., Lakin I. K. Monitoring tekhnicheskogo sostoyaniya i rezhimov ehkspluatacii lokomotivov. Teoriya i praktika (Monitoring of the technical condition and operating modes of locomotives. Theory and practice). Moscow: LocoTech LLC, 2015, 212 p.
8. Semenov A. P., Vaysburd A. S., Golovash A. N. Based on technical diagnostics and information technology tools [Na osnove sredstv tekhnicheskogo diagnostirovaniya i informatsionnykh tekhnologiy]. Zheleznodorozhnyy transport - Railway transport, 2012, no 7, pp. 181 - 185.
9 Lakin I. K. Avtomatizirovannaya sistema upravleniya lokomotivnym khozyaystvom. ASUT (Automated locomotive management system. ASUT). Moscow: CJSC OCV, 2002, 516 p.
10. Semenov A. P., Eliseev S. V. Complex solutions for automating technological processes for diagnosing and repairing rolling stock [Kompleksnye resheniya avtomatizacii tekhnologicheskih processov diagnostirovaniya i remonta podvizhnogo sostava] Materialy X Mezhdunarodnoj nauch-no-prakticheskoj konferencii «Podvizhnoj sostav XXI veka: idei, trebovaniya, proekty» (Materials X Int. scientific-practical conf. «The rolling stock of the XXI century: ideas, requirements, projects»). Sankt-Peterburg, 2015, pp. 65 - 68.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Семенов Александр Павлович
ОАО «Научно-исследовательский институт технологии, контроля и диагностики железнодорожного транспорта» (ОАО «НИИТКД»).
Избышева ул., д. 3, корпус 2, г. Омск, 644005, Российская Федерация.
Кандидат технических наук, генеральный директор.
Тел.: +7 (3812) 44-39-15.
E-mail: [email protected]
Лакин Игорь Капитонович
Инжиниринговый центр «ЛокоТех».
Исполнительный директор, доктор технических наук, профессор МИИТа.
Славянская площадь, 2/5/4, стр. 3, Москва, 109074, Российская Федерация.
Тел.: +7-499-638-2298 (доб.77-189).
E-mail: [email protected]
БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ
Семенов, А. П. Исследование эффективности эксплуатации локомотивов [Текст] / А. П. Семенов, И. К. Лакин // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2019. - № 4(36). - С. 41 - 53.
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Semenov Aleksandr Pavlovich
Open Joint-Stock Company «Research Institute of the Railway Transport Control and Diagnostics» (OJSC «RIRTCD»)
Izbysheva sr. 3, build. 2, Omsk, 644005, The Russian Federation.
Ph. D, Director General.
Phone: +7 (3812) 44-39-15.
E-mail: [email protected]
Lakin Igor Kapitonovich
LocoTech Engineering Center.
Executive Director, Doctor of Engineering, Professor of Moscow State University of Railway Engineering.
Slavyanskaya Square, 2/5/4, st. 3, Moscow, 109074, The Russian Federation.
Phone: +7-499-638-2298 (77-189).
E-mail: [email protected]
BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION
Semenov A. P., Lakin I. K. Locomotive Operating Efficiency Study. Journal of Transsib Railway Studies, 2019, vol. 4, no 36, pp. 41 - 53(In Russian).
УДК 629.4.02
С. Г. Шантаренко, В. Ф. Кузнецов, В. А. Тараненко
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС), г. Омск, Российская Федерация
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИЛОВЫХ ПОЛЕЙ В ЭЛЕМЕНТАХ КОЛЕСНО-МОТОРНОГО БЛОКА ЭЛЕКТРОВОЗА СЕРИИ 2ЭС10
Аннотация. В статье приведены результаты моделирования силовых полей в элементах колесно-моторного блока электровоза 2ЭС10. Математическая модель получена на основе уравнений Лагранжа IIрода. Представлена расчетная схема для исследования динамического поведения колесно-моторного блока. Приведены выражения прогибов упругих элементов подвески тягового двигателя, упругих и диссипативных сил. Предложен способ определения векторного силового поля на площадке сочленения кронштейна и тяги подвески ТЭД.
