Надежность железнодорожной техники Текст научной статьи по специальности «Прочие сельскохозяйственные науки»

УДК: 656.2

Н.Г. Макаренко, *В.В. Дегтярь

ОАО «Научно-исследовательский институт технологии, контроля и диагностики железнодорожного транспорта» (ОАО «НИИТКД»), г. Омск *Военный учебно-научный центр Сухопутных войск «Общевойсковая академия Вооруженных Сил Российской Федерации» (филиал г. Омск) (ВУНЦ СВ «ОВА ВС РФ» филиал г. Омск)

НАДЕЖНОСТЬ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ ТЕХНИКИ

В «Транспортной стратегии Российской Федерации до 2030 года», утвержденной Правительством Российской Федерации, отмечается, что эффективность деятельности железнодорожной отрасли не отвечает растущим требованиям экономики. В ряду основных недостатков российского транспорта - низкий технический уровень и неудовлетворительное состояние производственной и эксплуатационной базы. Сокращение объемов реконструкции и строительства инфраструктурных объектов, низкие темпы пополнения и обновления парка подвижных средств, другой транспортной техники привело в последние годы к существенному ухудшению их технического состояния.

Есть и другая проблема, связанная с возрастом подвижного состава. По данным Министерства транспорта РФ за последние 20 лет уровень отечественной железнодорожной техники и технологии по качественным показателям стал существенно отставать от современного уровня передовых стран. Износ подвижного железнодорожного состава достиг 70%, превысили нормативные сроки службы 52% электровозов, 31% тепловозов, 39% тяговых агрегатов. Средний возраст грузовых вагонов магистрального железнодорожного транспорта составляет около двух десятков лет, локомотивов - 20 лет, грузовых вагонов - 21 год, пассажирских вагонов - 17 лет. Средний возраст полувагонов составляет около 16 лет при нормативном сроке службы 22 года [1].

Числовые значения этих показателей, заданные в технических условиях (ТУ) на каждую серию локомотива, приведены в таблице 1.

В течение шести месяцев 2011 года зафиксировано 627 отказов оборудования гарантийных электровозов 2ЭС6, что составило 86,6 случая на 1 млн. км. Наибольшее количество отказов приходится на тяговые электродвигатели, электроаппаратуру и элементную базу ПСН, составляющие, соответственно, 31; 24; 15% всех отказов.

Как следует из этих данных, наибольшее количество отказов (31% от общего числа) занимают повреждения ТЭД, а время их устранения составляет 35,4% общего простоя электровозов на неплановых ремонтах. В настоящее время на электровозах 2ЭС6 установлено 904 тяговых электродвигателя трех производителей: ГП завод «Электротяжмаш», г. Харьков (ЭДП810 У1) - 73,7%; ОАО «Карпинский электромашиностроительный завод» г. Карпинск (ДПТ810 2У1) - 10,0%; ОАО «НПП «Смелянский электромеханический завод» г. Смела (СТК 810 У1) - 16,4%.

45

Таблица 1

Числовые значения показателей надежности новых локомотивов, заданные в ТУ

Показатели надежности, Серия локомотива

заданные в ТУ

ЭП1М, П ЭП2К 2ЭС5К 3ЭС5К Э5К 2ЭС4К 2ЭС6 2ТЭ25К,А

Коэффициент внутренней готовности, к вг 00,98 00,97 00,97 00,97 00,97 00,97 00,97 00,97

Удельное количество отказов 1-го рода на 1 млн. км пробега 00,40 00,40

Удельное количество отказов 2-го рода на 1 млн. км пробега 22,0 22,0 22,0 22,0 22,0 22,0

Удельное количество отказов 3-го рода на 1 млн. км пробега 10,0 10,0 11,1 11,1 11,1 10,0 55,0 11,0

Тяговые двигатели всех трех выше указанных заводов имеют одинаковый характер повреждений, а именно: перебросы по коллектору; прогары конусов; пробои якорей. Проведенные, начиная с 2009 года модернизации тяговых двигателей, не привели к существенному улучшению их работы.

Одной из значимых причин низкой надежности подвижного состава является неэффективность системы обеспечения функционирования технического и технологического комплекса железнодорожной отрасли.

Из-за недостаточной надежности ремонт каждого локомотива за срок его службы обходится в 10 раз дороже его первоначальной стоимости. Если к этому прибавить потери от задержки поездов по техническим причинам, снижение пропускной и провозной способности, то очевидно влияние надежности на показатели работы железнодорожного транспорта [4].

Для решения задачи повышения надежности железнодорожной техники необходим комплекс мероприятий.

Основные мероприятия по обеспечению требуемой безотказности и долговечности подвижного железнодорожного состава:

- стимулирование заинтересованности производителей и ремонтников железнодорожной техники в увеличении безотказности и долговечности локомотивов и вагонов;

- создание системы мониторинга технического состояния каждой единицы подвижного состава с целью внедрения смешанной стратегии обслуживания и ремонта, сочетающую планово-предупредительную систему и систему ремонта по фактическому состоянию;

- формирование системы разработки, поставки и сервисного сопровождения диагностической аппаратуры и технологического оборудования для подразделений обслуживания и ремонта железнодорожной техники;

- активизация деятельности отраслевого научного комплекса в области повышения его безотказности и долговечности железнодорожной техники;

46

- создание корпоративной вертикально-интегрированной системы управления техническим состоянием подвижного состава в целях обеспечение требуемой надежности и безопасности железнодорожных перевозок;

- совершенствование системы подготовки и подбора кадров.

Способы обеспечения качества технической системы подразделяются на конструкторские, производственные и эксплуатационные [3].

На стадии конструирования достижение заданного качества технической системы, в том числе и надежности, обеспечивается выполнением следующих требований:

- заданная кратность резервирования составных частей с недостаточной надежностью;

- использование равнопрочных, с равным ресурсом составных частей изделия;

- применение конструкционных и эксплуатационных материалов, обеспечивающих эксплуатацию объекта в течении установленного ресурса с минимальными издержками;

- использование конструктивных решений, с минимальными эксплуатационными издержками;

- внедрение эффективных систем технического диагностирования, интегрированной

логистической и информационной поддержки;

- реализация конструктивных решений, включающих системы, обеспечивающих самовосстановление до наступления отказа или предельного состояния.

При производстве технических объектов их надежность может достигаться следующими технологическими приемами:

- технологическая обкатка, программа и методика которой должна соответствовать виду объекта и предъявляемым требованиям;

- эффективный технологический контроль технологических операций производства (ремонта) при грамотном метрологическом обеспечении;

- применение современных технологий с использованием надежных средств технологического оснащения;

- упрочнение деталей объекта по технологиям, обеспечивающим определенный в технических требованиях ресурс изделия;

- проведение всех установленных видов испытаний в объемах, определенных в соответствующих программах и методиках.

К эксплуатационным методам поддержания надежности могут быть отнесены следующие приемы:

- использование по назначению технического объекта с соблюдением правил и требований, определенных в нормативной и технической документации;

- допуск к использованию по назначению, техническому обслуживанию и ремонту технического объекта специалистов соответствующей квалификации;

- использование качественных комплектующих с обеспечением входного и выходного контроля;

- корректировка технологии использования по назначению, технического обслуживания и ремонта по результатам мониторинга технического состояния, основанного на результатах технического диагностирования.

Для реализации перечисленных рекомендаций предлагается типовая программа обеспечения надежности. Для конкретного изделия программа должна включать следующий комплекс мероприятий [5].

47

1. На этапе разработки технического задания, технического предложения, эскизного проекта:

- сбор и анализ информации о надежности аналогов, их составных частей, комплектующих элементов;

- определение критериев отказов;

- обоснование номенклатуры и норм показателей надежности;

- задание норм надежности составных частей, подсистем, комплексов, сборочных единиц, узлов и деталей изделия;

- выбор материалов и комплектующих изделия;

- разработка предложений по обеспечению надежности составных частей, по защите изделий от перегрузок (механических, электрических, климатических и др.);

- разработка предложений по обеспечении безопасности;

- оценка надежности выбранного варианта конструкции изделий (эта работа выполняется постоянно по мере разработки изделия, уточнения структуры и конструкторских решений составных частей, получения результатов исследований и испытаний, уточнения информации о надежности комплектующих элементов и др.);

- анализ надежности составных частей, технологических процессов, определение норм расхода запасных частей, планов испытаний, допустимых нагрузок;

- разработка ограничительных требований на комплектующие элементы, детали, материалы, технологические операции и пр.;

- расчет надежности по параметрам прочности, износостойкости и других видов разрушений;

- разработка программ и методик испытаний всех видов.

2. На этапе технического проекта:

- уточнение расчетов, выполненных в эскизном проекте, с учетом принятых решений по структуре и конструкции изделия, результатов исследования и испытании макетов, образцов, комплектующих изделий, элементов конструкции и других уточненных данных по надежности составных частей; уточнение нагрузок, допусков и др.;

- испытание макетов, предварительная оценка надежности изделия и его составных частей;

- анализ причин отказов, обнаруженных при испытаниях макетов, уточнение критериев отказов и предельных состоянии.

3. На этапе разработки конструкторской документации:

- внесение требований по надежности в конструкторскую документацию;

- разработка подраздела «Критерии отказов и предельных состояний»;

- разработка методов оценки надежности по результатам испытании;

- разработка программы и методики испытаний по надежности;

- проработка вопросов повышения надежности изделий путем унификации и стандартизации комплектующих элементов;

- разработка конструкторской документации на консервацию, упаковку и транспортирование изделий;

- расчет ЗИП для обеспечения требуемой восстанавливаемости изделий;

- разработка эксплуатационной и ремонтной документации;

- разработка мероприятий метрологического обеспечения производства и эксплуатации изделия;

- корректировка конструкторских документов по результатам испытаний всех видов, по результатам апробации технологий изготовления.

48

4. На этапе изготовления изделия:

- оценка готовности предприятия к выпуску продукции с регламентированными требованиями по надежности;

- аттестация технологических процессов;

- использование передовых методов организации производства и труда;

- автоматизация и механизация технологических процессов;

- внедрение гибких производственных систем и робототехнических комплексов;

- внедрение автоматизированных систем управления;

- повышение точности и стабильности технологических процессов;

- автоматизация пооперационного контроля;

- входной контроль комплектующих изделий, сырья и материалов;

- сертификация изделий, технологических процессов, методов испытаний;

- реализация мероприятий по повышению надежности технологических процессов;

- внедрение неразрушающих методов контроля;

- контрольные испытания с моделированием условий эксплуатации;

- ускоренные контрольные испытания, технологический прогон и обкатка, обеспечение технологической дисциплины, аттестация рабочих мест;

- обеспечение промышленной чистоты;

- соблюдение правил консервации и упаковки готовых изделий;

- реализация мероприятий метрологического обеспечения производства;

- корректировка конструкторской и технологической документации.

5. На этапе эксплуатации изделия:

- сбор и обработка информации о надежности изделий при эксплуатации;

- анализ причин отказов, возникающих при эксплуатации, разработка мероприятий по их предотвращению;

- анализ эффективности системы технического обслуживания и ремонта;

- оценка достаточности ЗИП;

- мероприятия по автоматизированному контролю эксплуатационных параметров;

- внедрение средств технического диагностирования;

- внедрение индустриальных методов ремонта;

- регулярное техническое обслуживание;

- внедрение систем ремонта по фактическому состоянию;

- внедрение фирменного ремонта;

- корректировка ремонтной и эксплуатационной документации;

- восстановление изношенных деталей;

- мероприятия по повышению надежности заданных частей;

- мероприятия по соблюдению правил и режимов эксплуатации;

- обучение обслуживающего персонала;

- мероприятия по хранению и консервации изделий;

- мероприятия по модернизации техники.

Надежность железнодорожной техники необходимо неразрывно связывать с экономическими аспектами функционирования железной дороги, которые обобщенно можно оценить суммарными затратами на всех этапах жизненного цикла.

49

где

2З = Зр + Зи + Зэ + Зу , (1)

ИЗ - суммарные затраты на всех этапах жизненного цикла;

Зр - затраты при разработке;

Зи - затраты при изготовлении;

Зэ - затраты при эксплуатации;

Зу - затраты при утилизации.

Затраты каждого этапа существенно влияют как на суммарные затраты, так и взаимно друг на друга. Исходя из этого, важно разумно определить затраты каждого цикла, чтобы получить минимальные суммарные затраты.

В настоящее время нет единого подхода к оптимизации суммарных затрат. Цель рациональной организации процессов технической эксплуатации и ремонта, позволяющая сократить затраты, повысить коэффициент готовности, определена в ГОСТ Р 53394-2009.

Иногда затраты, понесенные при разработке и проектировании изделия компенсируются в эксплуатации, ремонте, при утилизации изделия. Поэтому важно рассматривать суммарные затраты на всех этапах жизненного цикла изделия.

Надежность оказывает определяющее влияние на экономические показатели функционирования железнодорожной техники. Так как любое изделие железнодорожной техники состоит из десятков тысяч элементов, то рассчитывать требуемые показатели надежности каждого из них - задача сложная и трудоемкая. Еще сложнее связать все эти показатели и определить оптимальные значения показателей надежности для каждого изделия железнодорожной техники в целом.

Выводы:

- надежность железнодорожной техники требует постоянного внимания на всех этапах жизненного цикла;

- для решения мероприятий по обеспечению требуемых показателей надежности необходимо сформировать структуру в ОАО «РЖД», которая будет заниматься их разработкой и осуществлением;

- осуществление всех мероприятий по обеспечению требуемых показателей надежности должно основываться на экономических расчетах жизненного цикла изделия.

Библиографический список

1. Прогрессивные технологии обеспечения безопасности движения поездов и сохранности перевозимых грузов : монография / В. А. Гапанович, И. И. Галиев, Ю. И. Матяш, В. П. Клюка. - М. : ГОУ «УМЦ ЖДТ», 2008. - 220 с.

2. Смирнов, Н. Н. Обслуживание и ремонт авиационной техники по состоянию / Н. Н. Смирнов, А. А. Ицкович. - М. : Транспорт, 1987.- 272 с.

3. Надежность и эффективность в технике: справочник специалиста. Т. 8. Эксплуатация и ремонт. - М. : Машиностроение, 1989. - 319 с.

4. Четвергов, В. А. Надежность локомотивов / В. А Четвергов, А. Д. Пузанков. - М. : Маршрут, 2003. - 415 с.

5. ГОСТ Р 53394-2009. Интегрированная логистическая поддержка. Основные термины и определения. - М. : Стандартинформ, 2010. - 23 с.