CC BY
12
УДК 629.488
А. А. Воробьев, Ю. А. Кольцов, А. Е. Мухамбетов
Российский университет транспорта (МИИТ), г. Москва, Российская Федерация
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ СРОКОВ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОВОЗОВ
Аннотация. Статья посвящена определению рациональных межремонтных пробегов конкретного оборудования локомотивов. В качестве метода, выбранного для реализации данной задачи, используются функции интенсивности отказов с последующим построением функций распределения ресурса и определения 90 % ресурса оборудования электровозов. Предложенная методика позволяет определять рациональные сроки проведения технического обслуживания и ремонта локомотивов в конкретных условиях их эксплуатации. Расчёты выполнены на основе информации об изменении технического состояния колесно-моторного блока электровозов ВЛ10.
Ключевые слова: железная дорога, интенсивность отказов, надежность, ресурс, электровоз ВЛ10.
Alexander A. Vorobjev, Yuriy A. Koltsov, Adilzhan E. Mukhambetov
Russian University of Transport (MIIT), Moscow, the Russian Federation
DETERMINATION OF RATIONAL TERMS FOR REHABILITATION OF ELECTRIC LOCOMOTIVE EQUIPMENTS
Abstract. The article is devoted to the definition of rational overhaul runs equipment of locomotives. This has an impact not only on the reliability of the rolling stock, but also on safety. As a method chosen for the implementation of this task, the functions of the failure rate are used, with the subsequent construction of the functions of resource distribution and determining 90 % of the resource of the equipment of electric locomotives. The proposed technique allows you to determine the rational timing of maintenance and repair of locomotives in the specific conditions of their operation. The calculations are based on information about changes in the technical condition of the wheel-motor block of VL10 electric locomotives.
Keywords: railway, failure rate, reliability, life, electric VL10 locomotive.
Одной из главных задач наряду с безопасностью движения поездов и надежностью подвижного состава является реализация максимальной силы тяги локомотивов, выполняющих задачи по обеспечению транспортного обслуживания и перевозочного процессов. Для обеспечения данных требований существенную роль играет качественное и своевременное выполнение технического обслуживания [1] и ремонта подвижного состава [2 - 4], а также информационное обеспечение (достоверность информации о наработках между отказами). Получая и анализируя данную информацию о состоянии оборудования, определяют показатели безотказности и долговечности, оптимальные сроки восстановления оборудования локомотивов [5 - 7].
Для решения задачи определения рациональных сроков восстановления оборудования локомотивов [8] была собрана статистическая информация о наработках до отказа оборудования колесно-моторного блока электровозов ВЛ10, приписанных к депо Дёма Куйбышеской железной дороги. Актуальность данного вопроса подтверждается эксплуатацией в настоящее время большого количества локомотивов данной серии на всех полигонах железных дорог России.
При анализе показателей безотказности оборудования электровозов в рамках установленных межремонтных пробегов используется план испытаний на надежность [N, U, T], в результате которого появляется возможность решать важные задачи надежности [9].
В большинстве случаев надежность оборудования электровозов является высокой, в связи с чем для получения достоверной информации требуются большие продолжительность испытаний и объем выборки.
В качестве исходной информации для расчетов выступает выборка наработок до отказа оборудования т;-, объем которой равен г, т. е. количеству отказавших экземпляров оборудования. Так как в течение периода испытаний L0 не все экземпляры оборудования отказывают, то выборка наработок до отказа для N экземпляров оборудования усечена справа моментом проведения очередного планового ремонта. Следовательно, количество экземпляров оборудования, для которого в течение периода испытаний L0 отказы не возникли, составляет N - г.
Исходя из полученной в результате таких испытаний информации можно рассчитать оценку вероятности отказа испытуемого оборудования к моменту проведения очередного планового ремонта L0:
Q' (¿0 )=N. (1)
Упорядочив наработки до отказа для всех отказавших экземпляров оборудования в порядке возрастания в вариационный ряд, можно построить зависимость оценки вероятности
*
отказа от наработки Q (т) в межремонтном периоде.
Следует отметить, что рассчитанные значения оценки вероятности отказа являются точечными и они ограничены справа моментом проведения очередного планового ремонта. Поэтому для определения интенсивности отказов оборудования тягового подвижного состава (ТПС) по этим результатам необходимо иметь теоретическую зависимость вероятности отказа от наработки без усечения справа.
Для получения этой зависимости задаются одним из известных типов законов распределения наработки до отказа Г(1) и значениями параметров выбранного распределения Г) = f (а, Ь). Затем сравнивают оценку функции вероятности отказа Q*(тi) в интервале межремонтного пробега с теоретическим распределением Г(1) и рассчитывают сумму квадратов отклонений между функциями при известных значениях наработок до отказа т,-:
Яо2 =1 (б*(тг) - Г(тг ))2. (2)
г=1
Далее, изменяя тип закона распределения наработки до отказа и его параметры, методом последовательных приближений определяют такой тип закона распределения и его параметры а и Ь, для которых сумма квадратов отклонений (2) минимальна (метод «наименьших квадратов»). Критерием для выбора «наилучшей» функции является минимум остаточной дисперсии.
Полученная полная теоретическая функция распределения наработки до отказа может быть использована для определения всех показателей безотказности и долговечности оборудования электровозов.
Функция интенсивности отказов Х(?) характеризует скорость отказов и по определению равна отношению производной от вероятности безотказной работы к самой этой вероятности, взятому с обратным знаком:
Хк )=- ^. (3)
Обычно по результатам испытаний невосстанавливаемых объектов рассчитывают статистическую функцию интенсивности отказов X (/), а через нее находят вероятность безотказной работы Р (/) и оценку средней наработки до отказа Т.
Перепишем выражение (3) в виде:
*»=- ^ «
Функция вероятности безотказной работы
Р(г) = г 0 . (5)
После вычисления функции Р (г) находим среднюю наработку до отказа:
г
да
Т = | е 0 . (6)
о
Параметры законов распределения и значения минимумов остаточной дисперсии приведены в таблице 1
Таблица 1 - Параметры законов распределения и значения минимумов остаточной дисперсии
Причина отказа оборудования Объем выборки, N Функции плотности и параметры законов распределения
экспоненциальное нормальное Вейбулла
f (х) = а • е - л (х-а)2 *(Х)= ЫГ*е 2 * (х ) = а. ха-1. е-{ х) J \ / Ъа
а ^ 2 ^ 0 а Ь ^ 2 ^ 0 а Ь ^ 2 ^ 0
Проворот бандажа 125 10,610-5 127,610-5 1400 650 7,810-5 1,5 3060 11,910-5
Отказы моторно-осевых подшипников 139 9,810-5 177,410-5 1430 660 49,610-5 1,5 3170 44,910-5
Отгар кабелей ТЭД 57 8,210-5 13,410-5 1920 980 2,7110-5 1,2 6560 3,3510-5
Переброс по коллектору ТЭД 192 44,510-5 142,910-5 10 940 172910-5 1 2250 142,810-5
Пробой обмотки возбужления ТЭД 19 2,8610-5 1,1110-5 4210 2070 1,0210-5 1 35000 1,1110-5
Пробой якоря ТЭД 191 3610-5 121210-5 680 1000 2237-10-5 1 2770 1210,110-5
Исходя из данных таблицы 1 по значениям суммы квадратов отклонений видно, что наработки до отказа по причинам переброса и кругового огня по коллектору ТЭД, пробоев обмоток возбуждения и пробоев обмоток якорей имеют экспоненциальный закон распределения. Наработки до отказа по причинам проворотов бандажей и отгаров кабелей ТЭД имеют нормальный закон распределения, а наработки до отказа моторно-осевых подшипников -Вейбулла.
Функции интенсивности отказов оборудования колесно-моторного блока электровозов ВЛ10 представлены на рисунках 1 - 6.
Для анализа надежности оборудования рассчитаем значения у-процентного ресурса, который определяется при помощи функции распределения ресурса F(l).
Это такое значение наработки, при котором не менее у процентов деталей остаются в ра-
V
ботоспособном состоянии. Значение определяет величину заданной вероятности безот-
V
казной работы, а значение 1 - соответствует вероятности отказа.
В инженерной практике наибольшее распространение получила величина у = 90%, со-
ответствующая вероятности отказа Q(l) = 0,1. Исходя из этого определим 190% - 90 % ресур-
сов (пунктирная линия) при отказах оборудования колесно-моторного блока электровозов
ВЛ10, представленных на рисунках 7 - 12.
Рисунок 1 - Функция интенсивности отказов бандажей (по причине ослаблений посадки)
Рисунок 2 - Функция интенсивности отказов моторно-осевых подшипников
Рисунок 3 - Функция интенсивности отказов тяговых электродвигателей (по причине отгара кабелей)
Рисунок 4 - Функция интенсивности отказов тяговых электродвигателей (по причине переброса и кругового огня по коллектору)
Рисунок 5 - Функция интенсивности отказов тяговых электродвигателей (по причине пробоя изоляции обмоток возбуждения)
Рисунок 6 - Функция интенсивности отказов тяговых электродвигателей (по причине пробоя изоляции якорей)
Рисунок 7 - Функция распределения ресурса бандажей колесных пар (по причине ослабления посадки)
Рисунок 8 - Функция распределения ресурса мотор-но-осевых подшипников
Рисунок 10 - Функция распределения ресурса тяго-Рисунок 9 - Функция распределения ресурса тяговых ~ г г
вых электродвигателей (по причине переброса и электродвигателеи (по причине отгара кабелей) ч
^ ч г- г- / кругового огня по коллектору)
Рисунок 11 - Функция распределения ресурса тяговых электродвигателей (по причине пробоя изоляции обмоток возбуждения)
Рисунок 12 - Функция распределения ресурса тяговых электродвигателей (по причине пробоя изоляции якорей)
Сведем полученные результаты в таблицу 2.
Таблица 2 - Значения 90 % ресурса оборудования электровозов ВЛ10
Вид отказа
90 % ресурс, тыс. км
Установленная норма межремонтного пробега, тыс. км
Отказы бандажей колесных пар по причине проворотов и ослаблений Отказы моторно-осевых подшипников Отказы тяговых электродвигателей ТЛ-2К1 по причине от-гара кабелей
Отказы тяговых электродвигателей ТЛ-2К1 по причине переброса и кругового огня по коллектору
Отказы тяговых электродвигателей ТЛ-2К1 по причине пробоя изоляции обмоток возбуждения
Отказы тяговых электродвигателей ТЛ-2К1 по причине пробоя изоляции якорей
570 710 670
237
3684
293
400 400 400
400
400
400
В связи с тем, что наработки до отказа по причине переброса и кругового огня по коллектору, пробоя обмоток возбуждения и изоляции якорей имеют экспоненциальный закон распределения, для данного оборудования в рамках рассматриваемого периода наблюдения плановый ремонт нецелесообразен, так как его выполнение приведет к дополнительным затратам без улучшения технического состояния ТЭД. В то же время интенсивность отказов изоляции якорей значительно больше, чем интенсивность отказов обмоток возбуждения. Исходя из этого для коллекторно-щеточного аппарата, обмоток возбуждения и обмоток якоря необходимо провести эксперимент с увеличенным межремонтным пробегом с целью определения наработки, при которой интенсивность отказов начнет увеличиваться. Эта наработка будет являться ориентиром для определения рационального межремонтного пробега до обслуживания коллекторно-щеточного аппарата и пропитки обмоток.
Проанализировав полученные результаты значений 90 % ресурсов из таблицы 2, можно заметить, что при отказах бандажей колесных пар по причинам проворотов и ослаблений, отказах моторно-осевых подшипников и отказах тяговых электродвигателей ТЛ-2К1 по причинам отгара кабелей и пробоев изоляции обмоток возбуждения ресурс существенно недоиспользуется.
В свою очередь при отказах тяговых электродвигателей по причинам переброса и кругового огня по коллектору, а также пробоя изоляции якорей ресурс значительно ниже установленных в настоящее время норм межремонтных пробегов, что может говорить о сложности конструкции коллекторно-щеточного аппарата, а также о некачественном проведении ремонта и технического обслуживания конкретного оборудования.
Исходя из сказанного выше, можно сделать вывод о том, что пробеги ТПС между ремонтами, их последовательность и структуру необходимо определять исходя из фактического технического состояния оборудования локомотивов на основе анализа показателей безотказности и долговечности [10].
Список литературы
1. Гапанович, В. А. Эксплуатация и техническое обслуживание подвижного состава [Текст] / В. А. Гапанович, В. И. Киселев, И. К. Лакин. - М.: Ирис-групп, 2012. - 576 с.
2. Воробьев, А. А. Рационализация системы ремонта ТПС [Текст] / А. А. Воробьев,
A. В. Горский, А. В. Скребков // Мир транспорта / МИИТ. - М. - 2011. - № 5. - С. 64 - 68.
3. Данковцев, В. Т. Техническое обслуживание и ремонт локомотивов: Учебник [Текст] /
B. Т. Данковцев, В. И. Киселев, В. А. Четвергов / УМЦ ЖДТ. - М., 2007. - 557 с.
4. Шантаренко, С. Г. Технологический аудит как инструмент обеспечения эксплуатационной надежности локомотивов [Текст] / С. Г. Шантаренко, М. Ф. Капустьян // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2011. - № 4. - С. 63 - 69.
5. Надежность подвижного состава: Учебник [Текст] / А. А. Воробьев, В. А. Четвергов и др. / УМЦ ЖДТ. - М., 2017. - 301 с.
6. Горский, А. В. Надежность электроподвижного состава: Учебник [Текст] /
A. В. Горский, А. А. Воробьев. - М.: Маршрут, 2005. - 303 с.
7. Галкин, В. Г. Надежность тягового подвижного состава: Учебное пособие [Текст] /
B. Г. Галкин, В. П. Парамзин, В. А. Четвергов. - М.: Транспорт, 1981. - 184 с.
8. Воробьев, А. А. Оценка ресурса оборудования ТПС [Текст] / А. А. Воробьев, А. В. Скребков // Мир транспорта / МИИТ. - М. - 2012. - № 5. - С. 38 - 42.
9. Кольцов, Ю. А. Оценка эксплуатационных показателей безотказности оборудования электровозов [Текст] / Ю. А. Кольцов, А. В. Скребков // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2018. - № 2 (34). - C. 29 - 35.
10. Скребков, А. В. Определение оптимальной структуры ремонтного цикла электровозов в конкретных условиях эксплуатации [Текст] / А. В. Скребков: Дис... канд. техн. наук: 05.22.07. - М., 2003. - 137 с.
References
1. Gapanovich V. A., Kiselev V. I., Lakin I. K. Ekspluatatsiia i tekhnicheskoe obsluzhivanie podvizhnogo sostava (Operation and maintenance of rolling stock). Moscow: «Iris group», 2012, 576 p.
2. Vorobiev А. А., Gorskiy A. V., Skrebkov A. V. Rationalization of the System of Traction Rolling Stock Repairing [Racionalizacija sistemy remonta TPS]. Mir transporta - World of transport, 2011, no. 5, pp. 64 - 68.
3. Dankovtsev V. T., Kiselev V. I., Chetvergov V. A. Tekhnicheskoe obsluzhivanie i remont lokomotivov (Maintenance and repair of locomotives). Moscow, 2007, 557 p.
4. Shantarenko S. G., Kapust'jan M. F. Technology audit as a tool to ensure the operational reliability of locomotives [Tehnologicheskij audit kak instrument obespeche-nija jekspluatacionnoj nadezhnosti lokomotivov]. Izvestiia Transsiba - The journal of Transsib Railway Studies, 2011, no. 4, pp. 63 - 69.
5. Vorobiev А. А., Chetvergov V. A. et al. Nadezhnost' podvizhnogo sostava (Reliability of rolling stock). Moscow, 2017, 301 p.
6. Gorsky А. V., Vorobiev A. A. Nadezhnost' elektropodvizhnogo sostava (Reliability of electric rolling stock). Moscow: Route., 2005, 303 p.
7. Galkin V. G., Paramzin V. P., Chetvergov V. A. Nadezhnost' tjagovogopodvizhnogo sostava (Dependability of locomotives/ Moscow: Transport, 1981, 184 p.
8. Vorobiev А. А., Skrebkov A. V. Assessment of life capacity of equipment of traction rolling stock [Ocenka resursa oborudovanija TPS]. Mir transporta - World of transport, 2012, no. 5, pp. 38 - 42.
9. Koltsov Y.A., Skrebkov A. V. Assesment of observed reliability measures of locomotive equipments [Otsenka nablyudayemykh pokazateley nadezhnosti lokomotivnogo oborudovaniya]. Izvestiia Transsiba - The journal of Transsib Railway Studies, 2018, no. 2 (34), pp. 29 - 35.
10. Skrebkov A. V. Opredelenie optimal'noj struktury remontnogo cikla jelektrovozov v konkretnyh uslovijah jekspluatacii (Determination the optimal structure of the repair cycle of electric locomotives in specific service conditions). Ph.D. thesis, Moscow, 2003, 137 p.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Воробьев Александр Алексеевич
Российский университет транспорта (МИИТ). Образцова ул., д. 9, стр. 9, г. Москва, 127994, Российская Федерация.
Доктор технических наук, профессор кафедры «Электропоезда и локомотивы», РУТ (МИИТ). Тел:+7 (495) 684-22-31. E-mail: vorobyov-a@yandex.ru
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Vorobjev Alexander Alekseevich
Russian University of Transport (MIIT). Obraztsova street, 9, building 9, Moscow, 127994, the Russian Federation.
Doctor of Technical Sciences, Professor of the department «Electric trains and locomotives», RUT (MIIT). Phone: +7 (495) 684-22-31. E-mail: vorobyov-a@yandex.ru
Транспортные и транспортно-технологические системы страны, ее регионов и городов, организация производства на транспорт!
Кольцов Юрий Александрович
Российский университет транспорта (МИИТ).
Образцова ул., д. 9, стр. 9, г. Москва, 127994, Российская Федерация.
Аспирант кафедры «Электропоезда и локомотивы», РУТ (миит).
Тел: +7 (495) 684-22-31.
E-mail: yuriy_koltsov@mail.ru
Мухамбетов Адильжан Ерсаинович
Российский университет транспорта (МИИТ).
Образцова ул., д. 9, строение 9, г. Москва, 127994, Российская Федерация.
Аспирант кафедры «Электропоезда
и локомотивы», РУТ (МИИТ).
Тел: +7 (495) 684-22-31.
E-mail: Adil.nevazhno.12@mail.ru
БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ
Воробьев, А. А. Определение рациональных сроков восстановления оборудования электровозов [Текст] / А. А. Воробьев, Ю. А. Кольцов, А. Е. Мухамбетов // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2019. - № 4 (40). - С. 54 - 61.
Koltsov Yuriy Alexandrovich
Russian University of Transport (MIIT).
Obraztsova street, 9, building 9, Moscow, 127994, the Russian Federation.
Post-graduate student of the department «Electric trains and locomotives», RUT (MIIT).
Phone: +7 (495) 684-22-31.
E-mail: yuriy_koltsov@mail.ru
Mukhambetov Adilzhan Yersainovich
Russian University of Transport (MIIT).
Obraztsova street, 9, building 9, Moscow, 127994, the Russian Federation.
Post-graduate student of the department «Electric trains and locomotives», RUT (MIIT).
Phone: +7 (495) 684-22-31.
E-mail: Adil.nevazhno.12@mail.ru
BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION
Vorobjev A. A., Koltsov Y. A., Mukhambetov A. E. Determination of rational terms for rehabilitation of electric locomotive equipments. Journal of Transsib Railway Studies, 2019, vol. 4, no. 40, pp. 54 - 61 (In Russian).
УДК 656.21
С. П. Вакуленко, А. В. Колин, Н. Ю. Евреенова
Российский университет транспорта (РУТ (МИИТ), г. Москва, Российская Федерация
ОСОБЕННОСТИ ИНТЕГРАЦИИ МАЛОИНТЕНСИВНЫХ ЛИНИЙ С МАГИСТРАЛЬНЫМИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫМИ ЛИНИЯМИ
Аннотация. Малоинтенсивные железнодорожные линии (МЖЛ) составляют почти 1/5 часть (15 353 км) (18,2 %) от общей протяженности железных дорог ОАО «РЖД». В настоящее время эксплуатация МЖЛ как в странах Европы, так и в России очень затратна. Это обусловлено большим числом выполняемых вручную операций управления и завышенной потребностью в персонале. Решение проблемы эффективности использования МЖЛ в условиях рыночной экономики одна из приоритетных задач, стоящих перед транспортной отраслью. Несмотря на то, что МЖЛ являются слабо загруженными (в среднем 3,5 пары поездов в сутки) и, следовательно, убыточными, к их содержанию предъявляются практически такие же требования, как и к магистральным, включая требования по отчетности. Начальники станций и персонал МЖЛ перегружены отчетной документацией. Это требует выполнения работ по пересмотру технологии, нормативов обслуживания и порядка эксплуатации МЖЛ. Цель исследования - сокращение расходов по основным видам деятельности за счет изменения технологии содержания и эксплуатации МЖЛ. Предмет настоящего исследования -эксплуатация и содержание МЖЛ сети ОАО «РЖД». Методология проведенного исследования основывается на системном анализе и научном обобщении отечественного и зарубежного опыта в области эксплуатации и содержания МЖЛ. В статье выделены технологические особенности эксплуатации МЖЛ. Разработана типизация линий с малоинтенсивным движением и определены критерии их отнесения к предложенным типам. Представлены особенности организации движения поездов, пассажирской и грузовой работы на МЖЛ различных типов.
Ключевые слова: малоинтенсивные железнодорожные линии, грузовые и пассажирские перевозки, рентабельная эксплуатация, интеграция, оптимизация.
