CC BY
21
Из приведенных данных видно, что аэродинамическая подъемная сила при скорости свыше 55,3 м/с (200 км/ч) превышает статическое нажатие подвижных рам токоприемников. Следовательно, при расчете взаимодействия токоприемника и контактной подвески необходимо учитывать возникающие аэродинамические силы. Величину этих сил можно принимать согласно приведенным аэродинамическим характеристикам.
Приведенные спектры (см. таблицу 1) дают возможность получить картину распределения давления по поверхности элементов. По классическим формулам производится расчет аэродинамических коэффициентов, которые даны в таблицах 1 и 2. Полученные аэродинамические коэффициенты позволяют определить аэродинамическую характеристику любого элемента токоприемника.
Таким образом, аэродинамические свойства токоприемника зависят от аэродинамических показателей отдельных элементов, что необходимо учитывать при его разработке для скоростного движения. Численные значения аэродинамических коэффициентов элементов токоприемников могут быть получены путем расчета их спектров обтекания. Аэродинамические характеристики токоприемника можно определить по классическим формулам, используя приведенные аэродинамические коэффициенты.
Список литературы
1. Маслов, Г. П. Влияние аэродинамической подъемной силы токоприемника на качество токосъема [Текст] / Г. П. Маслов, Е. Н. Панзо // Совершенствование схем устройств электроснабжения транспорта и проектирование их конструкций: Сб. науч. тр. / Уральский гос. ун-т путей сообщения. Екатеринбург, 2006. - Вып. 48 (131). - С. 168 - 174.
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. участием / Самарский ин-т инж. ж-д. трансп. Самара, 2002. - Вып. 23. - С. 70, 71.
3. Маслов, Г. П. О методах определения аэродинамических показателей полоза токоприемника [Текст] / Г. П. Маслов, О. И. Поздняков, А. В. Широкова, А. П. Стариков // Повышение надежности работы устройств электроснабжения железных дорог: Сб. науч. тр. / Уральская гос. акад. путей сообщения. Екатеринбург, 2000. - Вып. 13(95). - С. 53 - 57.
4. Кузнецов, А. К. Аэродинамические показатели элементов для высокоскоростного движения [Текст] / А. К. Кузнецов // Повышение качества токоснимания при высоких скоростях движения и в условиях БАМа: Межвуз. сб. науч. тр. / Омский ин-т инж. ж-д. трансп. Омск, 1980. - С. 28 - 31.
УДК 629.001.1
С. М. Овчаренко
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ОСНАЩЕННОСТИ ДИАГНОСТИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ЛОКОМОТИВОВ
На основе анализа составляющих затрат на поддержание работоспособного состояния локомотивного парка предложен критерий оценки эффективности оснащенности диагностического процесса. Критерий может быть использован для оптимизации параметров системы диагностирования локомотивов.
Одной из основных перспективных задач локомотивного хозяйства является задача снижения энергоемкости перевозочного процесса и повышения эффективности использования локомотивов. В современных условиях невозможно представить эксплуатацию и ремонт локомотивного парка без диагностического сопровождения [1 - 3].
Развитие теории диагностики, расширение фундаментальных исследований и разработка на этой основе широкого спектра диагностических методов и средств усложняет задачу вы -бора наиболее оптимального комплекса диагностического обеспечения содержания локомотивов. Поэтому для объективной оценки принятия решений по оснащенности диагностического процесса необходима разработка критерия, позволяющего комплексно оценить правильность принятия решения и эффективность использования диагностических методов и средств. При решении задачи диагностирования узлов локомотивов, связанных с безопасностью движения, в качестве основного критерия вполне может быть принята достоверность диагностирования. Для этих узлов совокупные последствия отказа, представленные в денежном выражении, могут исчисляться десятками, а иногда и сотнями миллионов рублей. Последствия с человеческими жертвами вообще не поддаются денежному выражению, и любые затраты можно считать оправданными. Тем не менее большинство узлов локомотива не связаны с безопасностью движения и для оценки их диагностического обеспечения наиболее приемлем экономический критерий эффективности. Для разработки критерия, позволяющего оценить эффективность работы комплекса диагностических средств, рассмотрим схему взаимодействия системы диагностирования с диагностируемой системой и системой технического обслуживания и ремонта (рисунок 1).
7 7 7
Параметры системы диагностирования
Параметры
надежности
парка
локомотивов
Параметры системы ремонта
Рисунок 1 - Схема воздействия системы диагностирования на надежность и параметры системы ремонта тепловозов
Принимаем, что конечной целью применения системы технического диагностирования к конкретной технической системе (парк тепловозов) является организация ремонта по фактическому состоянию, т.е. применение системы ремонта и обслуживания, позволяющей эксплуатировать тепловозы с максимальной эффективностью (полной выработкой ресурса до ремонта). На рисунке 1 приняты обозначения: dmn - параметры диагностических средств, где т - количество применяемых диагностических средств, п - число параметров, характеризующих диагностическое средство; рк - параметры надежности работы тепловозного парка;
71- случайные воздействия, приводящие к изменению параметров надежности работы тепловозов; - параметры системы ремонта, устанавливаемые в зависимости от параметров
надежности работы локомотивов и зависящие от стратегии применения диагностических средств; У - управляющее воздействие системы диагностирования на параметры надежности работы тепловозов; J - управляющее воздействие системы диагностирования на формиро-
26 ИЗВЕСТИЯ Транссиба ^
вание параметров системы технического обслуживания и ремонта тепловозов; Q - взаимное воздействие параметров надежности парка тепловозов и параметров системы ремонта.
В зависимости от комплекса параметров системы диагностирования формируются управляющие воздействия У и J. Задача формирования параметров системы диагностирования заключается в том, чтобы в результате ее функционирования воздействия У и J приводили к достижению оптимального сочетания уровня надежности работы тепловозов и затрат на поддержание этого уровня надежности с учетом диагностирования.
Решение задачи оптимизации параметров системы диагностирования может осуществляться при одном из двух вариантов: первый вариант - система технического диагностирования (СТД) функционирует в рамках планово-предупредительной системы ремонта; второй вариант - система технического диагностирования функционирует в рамках системы ремонта локомотивов по фактическому состоянию. В первом случае параметры СТД должны быть максимально адаптированы к параметрам системы технического обслуживания и ремонта локомотивов, во втором случае параметры СТД должны формировать параметры системы технического обслуживания и ремонта.
В первом случае периодичность проведения диагностических операций «привязывается» к периодичности проведения технических обслуживаний и ремонтов, тем самым сокращается суммарное время простоя локомотива на техническом обслуживании или ремонте и диагностировании. Во втором случае периодичность диагностирования устанавливается для каждого диагностируемого узла исходя из параметров надежности работы этого узла и целесообразности проведения диагностических операций. По результатам диагностирования и решения задачи прогнозирования остаточного ресурса устанавливаются сроки очередного технического обслуживания или ремонта или формируется объем ремонта.
В качестве вывода можно отметить, что оценка эффективности функционирования системы диагностирования может быть получена при использовании критерия, характеризующего весь комплекс параметров.
На рисунке 2 в формализованном виде представлена модель процесса поддержания требуемого уровня надежности работы тепловозного парка.
Тепловоз представляется в виде ограниченного перечня узлов, подвергаемых в процессе эксплуатации техническому обслуживанию, ремонту и диагностированию. В целом затраты, связанные с поддержанием необходимого уровня надежности работы тепловозов, будут характеризоваться векторами к, к[ и к" ( - диагностируемый узел тепловоза). Примем, что
вектор затрат кг формируется при условии, что узлы и системы тепловоза максимально вырабатывают свой ресурс и, как следствие, затраты будут минимальными. Вектор к' характеризует затраты на поддержание требуемого уровня надежности работы локомотивов при существующей системе технического обслуживания и ремонта без применения средств диагностирования. Затраты при таком подходе будут значительно выше. Вектор к" характеризует снижение затрат при применении сложившейся системы технического диагностирования.
Применение методов и средств диагностирования узлов и систем тепловоза своей конеч-
реального применения средств ди-
Это уменьшение затрат ха-
ной целью имеет стремление снизить затраты. В условиях агностирования снижение затрат происходит до значения к', +к''
рактеризует эффективность применения диагностических средств. В действительности эта эффективность может быть нулевой (к=5 +к=5 =к=5) или отрицательной, приводящей к увеличению затрат (к=4). Причем направление и значение вектора к" определяется параметрами применения и характеристиками используемых диагностических средств. Конечной целью задачи поиска наилучшего варианта оснащенности диагностического процесса является выполнение условия достижения максимального значения критерия оценки эффективности диагностического процесса Кл ® тах.
В процессе эксплуатации в результате возникающих неисправностей нарушается рабо -тоспособность локомотива, что приводит к неплановым ремонтам, на которых устраняются неисправности и возникающие последствия. Из опыта: стоимость устранения неисправности на неплановом ремонте может на порядок превышать затраты на устранение этой же неисправности на плановом ремонте. В результате проведения диагностических операций предполагается, что достигается снижение количества неплановых ремонтов.
к'
к'
г-п-1
к\
г=3
к"-5=0 к-
к= 5
Рисунок 2 - Векторно-графическая модель оснащенности диагностического процесса
Обозначим через Кп количество неплановых ремонтов локомотивов при условии, что к
ним не применяется система диагностирования, тогда количество неплановых ремонтов при применении системы диагностирования определится по формуле:
( К ^
1-т ^
]=1
КМ - Кп
Ш]
К
1-т2 П( ^ •
]-1
(1)
где т1- коэффициент влияния количества диагностирований на количество неплановых ремонтов;
т 2 - коэффициент влияния достоверности диагностирования на количество неплановых ремонтов;
Шу - количество диагностированийу-м средством за расчетный период;
К - количество диагностических средств;
»1у и »2j - достоверность диагностирования у-го средства с учетом ошибок первого и второго рода;
28 ИЗВЕСТИЯ Транссиба тттш Ш20ШШ
Кп - количество неплановых ремонтов без диагностирования.
При снижении достоверности В2 вероятность наступления неплановых ремонтов возрастает и, соответственно, возрастает время устранения неисправностей. С учетом этого замечания время простоя на ремонте, ч,
Т = Т
пё п
К
1-тз П В 2
у—1
(2)
где т3- коэффициент влияния В2у на простой на неплановом ремонте; Тп - время простоя на неплановом ремонте без диагностирования, ч.
Применение системы диагностирования направлено не только на сокращение количества неплановых ремонтов, но и на сокращение количества плановых ремонтов:
( \\
К
У—1
К
1-т5П(В1у •В2
У-1
(3)
где Кр - количество плановых ремонтов без диагностирования;
т4 и - коэффициенты влияния количества и достоверности диагностирования на количество плановых ремонтов; / - вид ремонта.
В результате сокращения трудоемкости ремонта сокращается время простоя локомотива на соответствующем виде ремонта, ч:
/ ^ \
Т —Т
Рё1 ± Р1
К
К
1-т П В1У + т П В 2
У—1 У—1
(4)
где т6 и т7 - коэффициент влияния В1 у и В2у на простой на плановом ремонте;
Тр - время простоя на плановом ремонте без диагностирования, ч.
Если можно принять, что применение диагностирования не влияет на стоимость непланового ремонта, то сокращение времени поиска неисправностей, трудоемкости и времени простоя в конечном итоге приводит к снижению стоимости планового ремонта с диагностированием, р.:
' К К ]
1-тПВ1у + тПВ2у , (5)
У—1 У—1
где Зр, - стоимость планового ремонта без диагностирования, р.
т8 и т9 - коэффициенты влияния В1 у и В2у на стоимость /-го планового ремонта. Коэффициенты влияния т1 -т9 определяются статистически по результатам анализа надежностных характеристик узлов и систем локомотива и фактических реализаций параметров системы ремонта. Поддержание локомотивного парка в работоспособном состоянии и обеспечение заданного уровня надежности требует определенных затрат. Значения составляющих затрат зависят от технического состояния локомотивного парка, интенсивности эксплуатации, технологии ремонта и уровня диагностического обеспечения.
Суммарные затраты из-за простоя на плановых ремонтах без применения диагностирования, р.,
N
^рг ^ (^рг ' Трг/ ' КР1 ) ,
(6)
где N - количество плановых видов ремонта;
Брг - стоимость одного часа простоя локомотива, р./ч;
Трг, - время простоя на I-м виде ремонта, ч.
Следует отметить, что если парк локомотивов состоит из нескольких серий локомотивов, то расчеты следует проводить по каждой серии. Суммарная стоимость всех видов плановых ремонтов, р.,
N
2р = Е 5р1' Кр1. (7)
1=1
Затраты на неплановые ремонты без применения системы диагностирования
= 5п ■ Кп, (8)
где Бп- средняя стоимость непланового ремонта, р.; Кп - количество неплановых ремонтов.
Суммарные потери от простоя локомотивов на неплановых ремонтах
%пг = Тп ' Кп ' 5рг . (9)
Для удобства расчетов и сравнения суммарные затраты на поддержания локомотивного парка в работоспособном состоянии без использования диагностических средств необходимо
представить в виде удельных затрат, например, на единицу пробега или выполненной работы:
^ = ^ + ^ + + , (10)
где Ь - суммарный пробег всех локомотивов за расчетный период, км.
Применение диагностических средств связано с затратами. Суммарные затраты на содержание диагностических средств, р.:
^ = ХХ/г, (11)
'=1
где Бр, - затраты на обслуживание и поддержание в исправном состоянии'-го средства диагностирования, р./ч;
Тг - продолжительность расчетного периода, ч. Суммарные затраты на диагностические операции, р.:
г* = 5>; • ^ • Ту , (12)
у=1
где Т' - продолжительность диагностирования'-м диагностическим средством, ч;
- стоимость одного часа диагностирования '-м диагностическим средством, р./ч;
Ш' - количество диагностирований '-м диагностическим средством за расчетный период. Суммарные затраты от простоя на диагностировании, р.:
К
грг Ш' •Т' • 5рг' . (13)
'=1
При включении в систему ремонта диагностических средств сокращается количество неплановых ремонтов, при этом суммарные затраты на неплановые ремонты также сокращаются, р.:
30 ИЗВЕСТИЯ Транссиба ^
7„ л — л • К„
"пй ^пй пй '
где - стоимость непланового ремонта при использовании диагностических средств, р.; Кпй - количество неплановых ремонтов при использовании диагностических средств. Затраты от простоя на неплановых ремонтов с диагностированием, р.,
' к 1 ^
Кпй П П 2
У—1и 2 У
(14)
7 —
^пгй ~
Т • V
пй ирг•
(15)
Суммарные затраты на плановых ремонтах при применении диагностических средств, р.
N
7рй — ^ (Зрг • Трй, • К
Рй1
(16)
;—1
Суммарные затраты от простоев на плановых ремонтах, р.,
N
7 Ргй = ^Л^ РС!; ^ К
"Рй1
(17)
;=1
Суммарная стоимость средств диагностирования, р.
к I \
У—1
(18)
где ^ - коэффициент отнесения стоимости диагностических средств к расчетному периоду.
В относительных единицах суммарные затраты на поддержание работоспособности ло -комотивного парка при применении диагностических средств рассчитываются по формуле, р./км:
7,„ + 7Л + 7„ + 7,
рг
7
пгй
7
рй
7
ргй
7
ь
(19)
Оценка эффективности оснащенности диагностического процесса может осуществляться по коэффициенту
К
7.
(20)
Изменение составляющих диагностической системы будет оказывать влияние на значение коэффициента Кй, которое должно быть больше единицы при условии, что применение средств диагностирования эффективно.
Предложенный критерий позволяет оценить эффективность применения комплекса диагностических средств и соответствие текущему уровню надежности локомотивного парка.
Список литературы
1. Горский, А. В. Ремонт - только по результатам диагностирования / А. В. Горский, А. А. Воробъев, Б. М. Куанышев // Локомотив.- 1998.- № 12. - С. 37 - 39.
2. Подшивалов, А. Б. Диагностирование локомотивов/ А. Б. Подшивалов // Локомотив. -1977. - № 6. - С. 27 - 29.
3. Исаев, И. П. Система ремонта локомотивов с учетом их фактического состояния на основе технического диагностирования/ И. П. Исаев, А. В. Горский, А. Т. Осяев // Вестник ВНИИЖТа. - 1991. - № 6. - С. 31 - 34.
