CC BY
35
ния 140 Н для токоприемника легкого типа (190 Н для токоприемника тяжелого типа) при условии, что ЭПС движется с наибольшей скоростью и при встречном ветре не более 10 м/с.
Исходя из сказанного можно сделать вывод о том, что применение разработанного аэродинамического устройства позволяет поддерживать аэродинамическую силу в пределах технического задания проекта.
Использование предлагаемого устройства позволит повысить надежность и качество токосъема при высоких скоростях движения путем стабилизации контактного нажатия и, как следствие, обеспечить снижение износа контактных элементов токоприемника и контактных проводов за счет оптимизации аэродинамической подъемной силы путем изменения профиля аэродинамического устройства и выбора оптимального угла его установки.
Список литературы
1. Капралова, М. А. Оценка аэродинамических свойств токоприемника при его проектировании [Текст] / М. А. Капралова // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2012. - № 4 (12). - С. 19 - 25.
2. Маслов, Г. П. О выборе рациональный аэродинамической характеристики токоприемника [Текст] / Г. П. Маслов, О. И. Поздняков, Е. Н. Панзо // Исследования и разработка ресурсосберегающих технологий на железнодорожном транспорте: Межвуз. сб. науч. тр. с междунар. участ. / Самарский ин-т инж. ж-д. трансп. - Самара, 2002. - Вып. 23. - С. 70, 71.
3. ГОСТ Р 54334-2011. Токоприемники железнодорожного электроподвижного состава [Текст] / Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии. - М., 2011. -26 с.
4. Обоснование рациональных технических параметров токоприемников для эксплуатации со скоростью более 200 км/ч [Текст] / В. М. Павлов, И. Е. Чертков и др.// Токосъем и тяговое электроснабжение при высокоскоростном движении на постоянном токе: Сб. науч. тр. - М.: Интекст, 2010. - 192 с.
5. Атлас аэродинамических характеристик профилей крыльев, испытанных в трубе Т-1 ЦАГИ [Текст] // Труды / Центральный аэрогидродинамический ин-т им. Н. Е. Жуковского. -М., 1935. - Вып. 193. - 78 с.
6. ГОСТ 20058-1980. Динамика летательных аппаратов в атмосфере. Термины, определения и обозначения [Текст]. - М.: Изд-во стандартов, 1981. - 54 с.
УДК 629.471
А. В. Шимохин
ОРГАНИЗАЦИЯ РЕМОНТА ПО ФАКТИЧЕСКОМУ СОСТОЯНИЮ БУКСОВЫХ УЗЛОВ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА
В статье рассматриваются организация и совершенствование процесса ремонта буксовых узлов подвижного состава по результатам диагностики. Приводятся диагностическая модель объекта и методика совершенствования ремонта по фактическому состоянию с применением технической диагностики и аналитических средств, основанная на концепции ТРМ.
Впервые концепция «всеобщий уход за оборудованием» (ТРМ) появилась в Японии как необходимость действий, направленных на снижение затрат и брака, возникающих по причине дефектов и поломок оборудования.
Под оборудованием в ТРМ понимается абсолютно все основные фонды организации. С точки зрения вагонного хозяйства под объектом, требующим повышения надежности, а следовательно, снижения поломок и дефектов, рассматривается вагонный парк, а средством
№.4!16) ИЗВЕСТИЯ Транссиба 45
достижения - совершенствование процесса ремонта и технического обслуживания.
Как и концепция «всеобщее управление качеством», ТРМ требует разработки и внедрения инструментов для сбора информации о техническом состоянии объекта. В данном случае это достигается путем создания систем технической диагностики с учетом всех сопутствующих затрат, а также внедрения аналитических инструментов в процесс ремонта и эксплуатации вагонного парка для получения данных по отклонениям параметров надежности от допустимых значений с последующим принятием мер по устранению причин отклонений.
Рациональное использование системы технической диагностики подразумевает снижение вероятности возникновения ошибок первого и второго рода [1, 3]. Диагностика буксовых подшипников, как деталей одного из самых ответственных узлов подвижной единицы, проводится с применением метода вибродиагностики [2, 5], при котором дефект обнаруживается в спектре вибрации на определенных частотах, а его количественное значение определяется как сумма амплитуд этих частот. Таким образом, по значениям частот формируется признак дефекта, а по значениям амплитуд - его количественное значение.
В литературе по технической диагностике [1, 2] рассмотрены так называемые ошибки первого и второго рода. Ошибкой первого рода называют ситуацию, когда принимается решение о диагнозе П2, в то время как в действительности объект подлежит диагнозу П1. Ошибка второго рода - ситуация, когда принимается решение о диагнозе П2 при наличий у объекта диагноза П1. Будем считать диагнозом П1 исправное состояние объекта, В2 - наличие дефекта. Тогда ошибка первого рода - это «ложная тревога», а второго - «пропуск дефекта». Вероятность ошибки первого рода обозначим а, второго - р.
Рассмотрим затраты на диагностирование. Выделим затраты на приобретение диагностического оборудования Сд, на обучение персонала Со, на простои техники во время диагностики СП, расходы на проведение самого диагностирования и обеспечение работоспособности необходимых систем (баз данных, расчет показателей дефекта) СЭ, затраты, связанные с появление ошибок первого или второго рода Со.
Затраты ошибок первого и второго рода
С = ?п ■ С, (1)
1=1
где п - количество ошибок первого или второго рода; С^ - затраты, которые возникли в результате ошибок первого рода - затраты на необоснованный ремонт, второго - затраты на устранение аварии или поломок, а также на отцепку и замену подвижной единицы в подвижном составе (ПС) при выполнении перевозки.
Суммарные затраты
ССУММ = СД + СО + СП + СЭ + Со. (2)
Снижение затрат СП и СЭ возможно путем применения современных технологий диагностирования и алгоритмов обработки результата измерения контрольного параметра, по которому оценивается состояние узла.
Снижением затрат Со является уменьшение вероятности появления ошибок первого и второго рода, которое достигается созданием механизма назначения оптимального времени диагностики и обработкой результатов измерения контрольного параметра.
Внедрение системы технической диагностики с последующим переходом на ремонт по фактическому состоянию любых узлов оборудования, в данном случае буксовых подшипников, подразумевает прохождение нескольких этапов. Первый этап - сбор необходимой информации: получение критического значения признаков дефекта Хкрит, которое определяется ремонтной службой при снятии неисправного подшипника, с помощью методов вибродиагностики. Среднее значение пробега, при котором возникает поломка подшипника, Мп+1, его расчет будет представлен ниже. Второй этап - проведение диагностики и ремонта по полученным при проведении диагностики значениям. Последний этап - использование анали-
46 ИЗВЕСТИЯ Транссиба _№ 4(16) 2013
= _
тических методов для контроля отклонений параметров надежности.
После ремонта проводится диагностика (назовем ее первичной и обозначим Д1), при которой осуществляется получение первоначальных значений амплитуды на определенных (дефектных) частотах.
По причине различного запаса ресурса буксовых узлов существует необходимость снижения количества простоев подвижной единицы (вагона), связанная с диагностикой. Выше была показана необходимость диагностики узлов после ремонта, второй диагностики для расчета скорости роста износа и оставшегося ресурса и третьей диагностики при пробеге, равном Мп+1,
Пусть на вагоне установлено N буксовых подшипников, из них пробег 2 подшипников достиг значения Мп+1, и X подшипников, прошедших только первичную диагностику после ремонта. Для снижения времени простоя вагона одновременно с диагностированием 2 подшипников проводится вторичная диагностика (Д2) для X подшипников. Тогда цикл диагностики и ремонта по фактическому состоянию примет вид, представленный в таблице.
Структура межремонтного цикла
Действие Описание
Д1 Д2 Д3 Ремонт по фактическому состоянию Диагностирование X подшипников после ремонта Диагностирование 2 подшипников при пробеге, равном Мп+1, и вторичное диагностирование X подшипников Расчет оставшегося ресурса Планирование ремонта
Проведение третьей диагностики (Д3) обусловлено возможностью возникновения «катастрофического периода износа» или третьего периода развития износа, при котором скорость роста износа изменилась - увеличилась, данная диагностика проводится после пробега, который определяется по формуле:
М„1(Г) = пМп(Т) + ч (3)
П + 1
где Мп+1(Т) - статистическая оценка математического ожидания случайного пробега до отказа п+1 подшипника; Тп+1 - случайное время пробега до отказа (п+1)-го подшипника; п - текущий номер подшипника.
Чтобы уменьшить количество простоев вагона, диагностика Д3 проводится при пробеге в диапазоне
Мп+! - 33 < Мп+и (4)
где 3 - среднеквадратичное отклонение,
3 = Ё (Т -Ы2)\ (5)
1 п
г=\
где п - количество узлов, информация о наработке которых используется системой; Тг -наработка г-го узла; Мп+1 - среднее значение наработки, при которой начинается интенсивный износ или происходит выход из строя буксового узла.
При таком цикле диагностирования и планирования ремонта учитываются увеличение износа в период эксплуатации и скорость износа на третьем этапе развития дефекта.
После вторичной и третьей диагностики проводится расчет оставшегося ресурса т по формуле:
Хк - X
Ъ = , (6)
Х1сс
№.4!16) ^^^^^^^ Транссиба 47
где хI - критическое значение признака дефекта; хг2 - значение признака дефекта, полученное при последней диагностике; хгсс - скорость изменения признака дефекта, определятся соотношением:
Хср = ~дГ", (7)
где XI - значение признака дефекта, полученное при предыдущей диагностике; АЬ - пробег между диагностиками.
Условием выхода подвижной единицы в ремонт является такое:
г< Ь, (8)
здесь Ь - предстоящий пробег (км) при выезде со станции на предстоящий маршрут.
Выше были показаны затраты на проведение технической диагностики и методы их снижения. Рассмотрим затраты на проведение самого ремонта. Стоимость ремонта определяется соотношением:
С = Т С + С + С (9)
рем пр пр зам.подш ст.подш ? V /
где Спр - стоимость простоя подвижной единицы; Тпр - время простоя при ремонте узла; Сзамподш - стоимость замены подшипника; Сстподш - стоимость самого подшипника.
Планирование ремонтов осуществляется после технической диагностики Д3 или Д2, если оставшийся ресурс будет исчерпан до времени проведения диагностики Д3. В соотношении (9) стоимостные коэффициенты практически неизменны. Значит, для снижения затрат на проведение ремонтов необходимо снижать время простоя Тпр, чего можно достичь объединением ремонтов.
Специфика рынка заказов на перевозки такова, что средние годовые показатели объемов перевозок и конъюнктуры грузов претерпевают незначительные изменения. Рассмотрим период времени, равный 12 месяцам.
Пусть Сприб - ожидаемый доход на период 12 месяцев. Тогда критерием объединения будет соотношение:
Срем < Сприб , (10)
т. е. затраты на ремонт за планируемый период должны быть меньше, чем планируемый доход. С другой стороны, количество объединения ограничено возможностью колесно-роликового участка вагонного депо одновременно ремонтировать несколько колесных пар (буксовых узлов), т. е.
п < т, (11)
где п - количество буксовых узлов с выработкой ресурса на период времени; т - количество буксовых узлов, одновременно ремонтируемых на предприятии.
Пусть известен оставшийся ресурс тп для п узлов. Зная среднесуточный пробег вагона, можно рассчитать, что на планируемом периоде Т (12 месяцев) ремонт потребуется т узлам. Тогда стоимость ремонтов на данный период определяется так:
п к т _
Срем. ^ \ Се/1 ТХп ^ ^ , ^зам пр пп к ^ ^ \ ^ подтип т ^ ^ \ '^др.ремонг' ( )
1=1 1 1
где п Сс/1. ТХ^ - сумма стоимостей простоя за время простоя п подвижных единиц в ремонте;
к ^замподшк - сумма ремонта к узлов и т ^.подшил. т - сумма стоимостей т подшипников; ремонт - затраты на ремонты других узлов в данный период.
Объединение ремонтов происходит до тех пор, пока не будут выполняться соотношения (10) и (11). Вообще ремонт назначается при выполнении условия (8) хотя бы для одного узла,
48 ИЗВЕСТИЯ Транссиба _№ 4(16) 2013
= _
при объединении ремонтов к ремонту данного узла добавляется узел, имеющий минимальный оставшийся ресурс среди остальных, т. е. выбирается ттщ из множества тп узлов данной подвижной единицы. При этом замена узлов должна выполняться одновременно.
Для решения проблем, связанных с вопросами улучшения параметров продукции или процесса, широко применяются семь аналитических методов («инструментов» качества [4]), а именно: гистограмма, стратификация, диаграммы Парето, причинно-следственная диаграмма Исикавы, контрольные листки, контрольные карты, диаграммы разброса.
Контрольные карты позволяют проводить анализ возможностей процесса. Возможности процесса - это способность функционировать должным образом [4]. Как правило, под возможностями процесса понимают способность удовлетворять техническим требованиям.
Контрольные карты в системе ремонта и диагностики технического состояния буксовых подшипников предлагается использовать в их прямом назначении: для визуализации результата процесса и наблюдения изменений.
Основным определяемым параметром системы являются математическое ожидание поломки Мп+1. Таким образом, Мп+1 можно использовать при расчете средней линии контрольной карты (рисунок 1).
Рисунок 1 - Контрольная карта для мониторинга процесса ремонта
Наибольший интерес представляет собой нижняя граница контрольной карты, так как данные, выходящие за ее пределы, соответствуют буксовым узлам, вышедшим из строя при пробеге ниже среднего.
Нижняя граница контрольной карты (НГКК) рассчитывается по формуле:
НГКК = Мп+1 - 38,
(13)
где Мп+1 - математическое ожидание поломки; 3 - среднеквадратичное отклонение, определяется по формуле (3).
Контрольная карта будет выглядеть так, как показано на рисунке 1. По оси ординат откладываются значения нижней границы и математическое ожидание Мп+1 в качестве средней линии, нижняя граница, равная Мп+1-3ё, на оси абсцисс отражается порядковый номер буксового узла, данные наработки которого используются системой. На карте будут показаны значения наработки Т /-го узла.
№ 4(16) ЛЛИ О ИЗВЕСТИЯ Транссиба 49
=2013 ■
Рисунок 2 - Блок-схема мониторинга технического состояния буксовых узлов при ремонте по фактическому состоянию
50 ИЗВЕСТИЯ Транссиба № 4(16) 2013
Если расчет оставшегося ресурса после вторичной диагностики Д2 покажет, что выход из строя следует ожидать при пробеге менее чем M2 - 3S, то это показатель нарушения в функционировании процесса ремонта [4] и он не обеспечивает требуемой надежности буксовых узлов. В этом случае необходимо принимать корректирующие действия, которые заключаются в анализе факторов, влияющих на процесс ремонта, таких как материал - проверить выполнение режима смазывания при эксплуатации; персонал и оборудование - проверить выполнение процесса замены подшипника на рабочем месте и выполнение условий хранения запасных деталей; поставщик - проверить, не было ли обнаружено заводских браков у деталей данного поставщика ранее.
В итоге получим методику проведения ремонта по фактическому состоянию с применением технической диагностики и аналитических средств, предоставим выполнение процесса мониторинга технического состояния буксовых узлов при ремонте по фактическому состоянию в виде алгоритма на рисунке 2.
Преимущества такого подхода технической диагностики и ремонта: учитывается не усредненное значение скорости износа для группы однотипных узлов, а скорость каждого. При назначении диагностики рассчитывается момент ожидания наступления третьего периода или поломки, что позволяет получить данные об изменении скорости износа и возможность снижения времени простоя. Применяемые аналитические средства для мониторинга процесса ремонта позволяют быстро реагировать на отклонения в процессе ремонта.
Рассмотренный подход построен с точки зрения рационального использования технической диагностики и планирования ремонта по фактическому состоянию, целью которого является снижение простоев вагона, связанного с диагностированием и ремонтом, снижение вероятности появления ошибок технической диагностики первого и второго рода [1, 3] и затрат при проведении ремонта.
Список литературы
1. Биргер, И. А. Техническая диагностика [Текст] / И. А. Биргер. - М.: Машиностроение, 1978. - 240 с.
2. Генкин, М. Д. Виброакустическая диагностика машин и механизмов [Текст] / М. Д. Генкин, А. Г. Соколова. - М.: Машиностроение, 1987. - 288 с.
3. Проников, А.С. Параметрическая надежность машин [Текст] / А. С. Проников / Московский гос. техн. ун-т им. Н. Э. Баумана. - М., 2002. - 560 с.
4. Ребрин, Ю. И. Управление качеством [Текст] / Ю. И. Ребрин / Таганрогский гос. радиотехнический ун-т. - Таганрог, 2004. - 174 с.
5. Русов, В. А. Спектральная вибродиагностика [Текст] / В. А. Русов. - Пермь, 1996. -235 с.
УДК 629.423; 621.355
В. Д. Авилов, Ю. В. Москалев, С. А. Писаренко
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГОЕМКОСТИ И МОЩНОСТИ НАКОПИТЕЛЯ ЭНЕРГИИ ДЛЯ ГРУЗОВОГО ЭЛЕКТРОВОЗА ПОСТОЯННОГО ТОКА
Одним из способов повышения эффективности рекуперативного торможения является использование накопителя энергии на борту электровоза для поглощения избыточной электроэнергии рекуперации. В статье рассмотрен подход к определению необходимой энергоемкости и мощности накопителя энергии для грузового электровоза постоянного тока с учетом передачи части энергии рекуперации в тяговую сеть.
№'!16) ИЗВЕСТИЯ Транссиба 51
