CC BY
12
35. Исследование влияния профиля поверхности катания колес на параметры подвешивания четырехосного моторного вагона. Luo Yun, Chen Kang, Jin Ding-chang (National Traction Power Key Laboratory, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China). Tiedao xuebao=J. China Railway Soc. 2004. 26, № 5, с. 26-30.
36. Гасители вибрационных колебаний кузова на базе пьезоэлектрических элементов. Vibration suppression of railway car body with piezoelectric elements (A study by using a scale model). Hanason Joel, Takano Masayuki. Takigami Tadao, Tomioka Takahiro, Suzuki Yasufumi. JSME Int. J. С. 2004. 47, № 2, с. 451-456.
37. Выбор конструктивной схемы и параметров подвешивания одноосной тележки пассажирского вагона с конструкционной скоростью 160 км/ч.. Забелин А. Л. Проблемы и перспективы развития вагоностроения: Материалы Научно-практической конференции, Брянск, 7-8 дек., 2004 Брянск: Изд-во БГТУ. 2004, с. 40-41.
38. Потенциальные возможности «Skyhookа» активного и полуактивного регулирования ступени вторичного подрессоривания железнодорожного подвижного состава. Potenziale aktiver und semiaktiver Skyhook-Regelgesetze in der Sekundarfederstufe von Schienenfahrzeugen. Hohenbichler Narbert, Six Klaus at: Automatisierungstechntk. 2006, 54, № 3, с. 130-138.
УДК 625.42
Сроклин I. М., асистент (УкрДАЗТ)
РОЗРОБКА МОДЕЛ1 ВПЛИВУ ЕКСПЛУАТАЦ1ЙНИХ ХАРАКТЕРИСТИК НА В1РОГ1ДН1СТЬ В1ДМОВИ ЕЛЕКТРОРУХОМОГО СКЛАДУ
Вступ. Експлуатащя i вщновлення робочих характеристик е невщ'емною частиною життевого циклу ЕРС. Вiдмiчено, що важливу роль в швидкост зносу ЕРС вщграють таю експлуатацшш фактори як пробщ бальшсть коли, швидюсть руху та завантажешсть вагону [1-3]. На раз^ серед перерахованих факторiв для щентифшаци техшчного стану та планування етатв техшчного обслуговування, використовуеться тшьки проб^. Змша та нерiвномiрнiсть ди експлуатацшних факторiв обумовлюють розбiжнiсть мiж фактичними та прогнозними оцшками техшчного стану вагошв.
Мета. Впровадження ресурсозбер^аючих технологш в процес експлуатаци рухомого складу за рахунок розробки моделi врахування умов експлуатаци при визначеннi техшчного стану вагошв метропол^ену.
Постановка проблеми. Анаиз задачi щентифкаци технiчного стану вагона метрополггену при планово-попереджувальнiй системi ремонту виршено за рахунок контролю пробiгу транспортного засобу. Визнано, що цей експлуатацшний фактор е основним показником використання техшчного ресурсу.
Для врахування мюцевих умов експлуатаци, таких як кшматичш умови, режими використання транспортно! техшки та iн., розроблено ряд цшьових функцiй [1,2], використання яких дозволяе, за рахунок корегування мiжремонтних перiодiв, оптимiзувати витрати на обслуговування рухомого складу.
Проте, залишаеться ряд невиршених питань, таких як необхiднiсть врахувань змши умов експлуатаци та врахування нерiвномiрностi розподiлу навантаження мiж одиницями рухомого складу, що експлуатуеться.
В рамках стратеги обслуговування рухомого складу за станом задачу шдивщуального визначення техшчного стану виршено шляхом використання засобiв дiагностики. Проте такий шдхщ вимагае суттевих катталовкладень та реоргашзаци шфраструктури.
Усунення недолiкiв юнуючо1 системи можливе за рахунок удосконалення методiв та засобiв контролю експлуатацiйних характеристик, з метою !х повагонно! фшсаци [4], та розробки математично! моделi адекватного врахування !х впливу на технiчний стан рухомого складу.
Анал1з до^джень i публжацш. Дослiдженню впливу експлуатацшних характеристик на потiк вiдмов вагону метрополггену присвячено ряд робiт в переважнш бiльшостi яких вказувалося на суттевий вплив iнтенсивностi пасажиропотокiв на вiрогiднiсть вiдмови ЕРС [3,5]. Основш дослiдження проводилися на базi Петербургського та Московського метрополггешв.
В робот [3] серед експлуатацiйних факторiв вщбрано iнтенсивнiсть руху електропоlздiв на лши та пасажиропотiк. Видно, що фактори вщображають завантаженiсть вагонiв та швидюсть руху. В якостi вихщно1 змшно1 береться кiлькiсть вiдмов ЕРС. Проте такий важливий фактор, як бальшсть коли, до уваги не брався.
Використання емтрично1 регреси для опису процеЫв взаемоди факторiв мае ряд недолшв обумовлених сутнiстю математичного апарату та особливостями дослщжуваного процесу.
Складшсть та багатофакторнiсть задачi врахування впливу експлуатацшних характеристик на техтчний стан ваготв метрополiтену
визначае доцшьшсть використання математично1 теори неч^ких множин. Виявлено, що найчастiше прийняття ршення про технiчний стан вагону вщбуваеться в умовах неповно1 та нечггко1 шформаци, що обумовлюе ефектившсть використання такого математичного апарату.
Основна частина. На швидюсть використання техшчного ресурсу вагоном впливае цiлий ряд факторiв, якi, до того ж, мають тенденци до взаемного впливу. В лiтературi [2], представлено ряд емтричних залежностей зносу елементiв електрорухомого складу вiд експлуатацiйних факторiв, а в дослщженнях [3-5], обгрунтовано, що в умовах метропол^ену можливе скорочення кшькост експлуатацiйних факторiв, що потребують контролю.
Так, клiматичнi умови, режим роботи, система техшчного обслуговування, характеристики вантажу в умовах метрополггену мають рiвномiрний влив на вагони, що експлуатуються, i можуть бути враховаш за допомогою методiв врахування умов експлуатаци представлених в [1,2].
Проте, залишаються фактори, вплив яких нерiвномiрно розподiлений по вагонам, що знаходяться в експлуатаци: пробш, швидкiсть руху, завантажешсть, якiсть коли (бальнiсть). На прикладi Харкiвського метрополiтену вiдмiчено суттеве коливання параметрiв по рокам експлуатаци.
Визначено найбшьш розповсюдженi причини вщмов ЕРС. Для цього використаемо рiчнi звiти про роботу електрорухомого складу. Видшяють наступнi основнi види вщмов: Х1 - замiна тягових двигушв; Х2 - замiна колiсних пар; Х3 - обточка колiсних пар; Х4 - замiна мотор-компресорiв; Х5 - замiна рам телiжок; Х6 - замiна центральних балок; Х7 - заварка трiщин в рамах телiжок; Х8 - заварка трщин в балцi пiдвiски кронштейнiв АКБ та 1Ш.
З точки зору впливу експлуатацшних факторiв е сенс розглядати вщмови Х2 та Х3, а також Х5 та Х7 як проява дИ експлуатацiйних характеристик на колют пари та на раму телiжки. Знос мотор-компресорiв обумовлений штенсившстю його вмикання, а отже основними факторами, що зумовлюють вщмови типу Х5, будуть людський фактор i iнтенсивнiсть використання ЕРС, та в меншш мiрi вони залежатимуть вiд маси вагону та бальност коли. Вiдмови характеру Х6 та Х8 можна розглядати разом, проте аналiз вiдмов такого роду ускладнений малою частотою !х появи, тому в приведених дослщженнях !х значення можемо прийняти сталим.
Отже, видшимо наступнi типи вiдмов, iнтенсивнiсть появи яких залежить вiд впливу експлуатацшних факторiв (див. рисунок 1). За
результатами спостережень на протязi чотирьох роюв виявлено, що на долю таких вщмов припадае 91% вЫх причин непланових ремонтiв.
Використаемо математичний апарат неч^ких множин для побудови моделi зносу ЕРС в вщповщност до ди експлуатацiйних факторiв.
2 65%
Рисунок 1 - Вщносна оцiнка вiрогiдностi вiдмови ЕРС метрополитену
за причинами
1 - вiдмови тягових двигушв; 2 - вiдмови колюних пар; 3 - вiдмови рам телiжок; 4 - вiдмови мотор-компресорiв; 5 - iншi вiдмови.
Фазифшащя вхiдних змiнних.
З метою анаштично! апроксимаци функцiй належностей нечiтких змшних використаемо Ь-Я функцп. Тодi функщя належностi буде записана за допомогою виразу (1):
И л(х ) =
Ь
г а о хл
V а
/
Я
х о а
в
при х < а при х > а
(1)
де цА (х) - функщя належност величини х до характеристики А ; а - значення змшно! х, якш вщповщае ца (х)=1; Ь, Я - функци залежностi;
а - найбшьше значення змшно1 х, якш вщповщае ца (х)=0, за умови х < а;
в - найменше значення змшно! х, якiй вщповщае ц А (х )=0, за умови
х > а.
При фазифжацп змшних та написанш правил використано ряд загальноприйнятих позначень: КУ - дуже велике вiдхилення в сторону зменшення величини; КВ - велике вiдхилення в сторону зменшення величини; N8 - мале вiдхилення в сторону зменшення величини; Ъ -середне значення величини; РБ - мале вiдхилення в сторону збшьшення величини; РВ - велике вщхилення в сторону збшьшення величини; РУ -дуже велике вщхилення в сторону збшьшення величини.
Отже, нечггке число може буди задане за допомогою трьох змшних Ц а (х )=(а,а ,в). При вибранiй змiннiй «завантажешсть вагону», функщя належностi до поняття «середня завантажешсть» (позначимо функцiю як «Ы2») може бути описана при визначених а, а,в. Проведений аналiз змiни показника середньо! завантаженостi вагону на протязi останшх чотирьох рокiв показав, що значення а =5200 кг.
Визначимо величини а = 5110 кг, в =5292 кг, тод^ використовуючи вираз (1) запишемо:
Г/5200 ох^ г„лл
Ь\-I при х < 5200 ;
() I 5110 ) (2)
^ (х)=1,Г х о 5200Ц 5200 ()
Я\-I при х > 5200.
5292
Функщя належност може бути записана як (х)=(5110, 5200, 5292), матиме вигляд (рисунок 2)
Рисунок 2 - Функци належностi змшно! М
Прийнявши область визначення величини «середня завантажешсть» в дiапазонi значень [5000 - 5400] кг, аналопчно описанш ди, можемо задати функци належностi «висока завантажешсть» (цм (м)), «дуже
висока завантажешсть» (цмрв (м)), а також «низька завантажешсть»
(цм (м)), «дуже низька завантаженiсть» (цм (м)).
ц мрв (М)=(5203, 5290, 5380); ц мр8 (ММ )= (5285, 5375, 5455, 5475);
цмЫ8 (М) = (5020, 5110, 5210); ц мыв (м )= (4950, 4990, 5027, 5120).
Функци належност цм (м) та цм (м) - як граничнi для
визначеного дiапазону, прийнятi не трикутно!, а трапецощно! форми. Комплекс функцiй належност на вибранiй межi визначення змшно! М, представлено графiчно (рисунок 2).
Аналопчно проведемо фазифшащю визначення величин «середня швидюсть» (V), та «середня бальшсть» (В).
Гранищ визначення величини V, за даними спостережень за останш чотири роки, складае V е [41,2;41,4], проте реальне значення може вiдрiзнятися вiд середнього по метрополггену, тож визначимо функци належностi наступним чином:
дiапазон визначення - (10 - 70) км/год; функци належност -
ц ^ (V )= (50.24 64.4 71.3 71.4); ц^ (V) = (41.3 51.83 63.4); ц ^) = (30.02 41.3 51.7); ц ^ (V) = (18.4 29.44 41.4); ц %в (V )= (5.564 6.024 16.35 31.55).
Гранищ визначення середньо! бальност коли лежать в межах В е [4,5], проте, для бшьш природного вщтворення впливу бальност на надшшсть ЕРС метрополггену, функци належност розставлеш в дiапазонi визначення з вiдтворенням експоненщального розподiлу.
Функци належносп:
ц Врв (в)= [4.925 5 5.242]; ц вр8(в) = [4.83 4.919 4.96]; ц Вг(в) = [4.46 4.83 4.864]; ц ^ (в) = [3.89 4.43 4.787]; цвж (в) = [3.75 4 4.462].
Для фазифжацп змшно! «пробш» (Ь), використано залежносл, що були отримаш на основi аналiзу характеру розподшу вiдмов за пробiгом. За межi визначення величини вибрано Ь е [30,90], використанi наступш функци належностi:
ц Ьрв (ь) = [24.3 26 36 52]; цвЬр8 (Ь) = [40 50 60]; ц Ь2(Ь) = [54 60 66]; ц (ь) = [60 70 82]; ц ьж (Ь) = [60 70 82].
Фазифжащю вихщно! змшно! <^ропдшсть вщмови» (Р), визначено на промiжку значень [0, 1], що вщпвщае вiрогiдностi вiдмови вагону ЕРС метрополiтену за перюд виконання циклу робiт з обслуговування об'емом КР-1. Промiжок визначено на основi аналiзу статистики вщмов за перiод з 2004 по 2007 рш включно. Використанi наступш функци належносл:
ц ррв (Р) = [0.651 0.816 1]; ц рр8 (р) = [0.4802 0.651 0.8268]; ц рг(р )= [0.3181 0.4802 0.6498]; ц ^ (р )= [0.1596 0.3062 0.4802]; ^ (р) = [0 0.1476 0.2902].
Розробимо базу правил для системи формування нечгткого висновку. Правила формуються на основi лопчних сшввщношень мiж змiнними з вщображенням збiльшення вiрогiдностi вiдмови з попршенням експлуатацiйних характеристик. Дольова участь правил в формуванш
нечггкого висновку визначена на основi методу експертних оцшок: пробш (1,0), завантаженiсть (0,833) та швидюсть руху вагона (0,675), бальнiсть коли (0,848).
Використаемо метод Мамданi в якост схеми формування нечiткого висновку. При цьому використовуеться метод шт-активацп, для акумуляци висновкiв правил використано метод шах-диз'юнкцп.
1(Р )= ъмрв (m )ац ppb (р ))■ fM Jv [(imps (m pps (p ))• fM J V [(|mz (M) A |Upz (P ^ fM Jv [(Цмю (м )АЦ PSS (р )> fM Jv
v [(lMnb (M) A Ipnb (P))■ fM J v IWpb (V) A |Ppb (P))■ fv Jv
V [(|vPS (V )a | Pps (P ))■ fv Jv [(lvz (V) A | Pz (P ))■ fv Jv v [(IVns (V) a IPns (()> fVJ v [(IVnb (V) a IPnb (P ^ fV Jv
v [(l врв (B) A I Pnb ((fB Jv [(l Bps (B )A I Pns (P fB Jv v [(|bz (B) A | Pz (P ))■ fB Jv [(| вю (B) a | Pps (P ))■ fB Jv
[(| вж (B )A I Ppb (( ) fB Jv [(| . (Z ) A I ppB (P ^ f J
v №BNB \b) А цPP5P; • /в J v [Щipb L А цPpb УП) • /l j v
V [(ц(L)а цPpS (P))• / Jv [(ц(L) а цPZ (P))• / Jv
V [(ц Lns (L )А ц Pns (P № / Jv Kb (l) а ц Pnb (P № / j
де ^, /V, /B, /L - коефщенти iстинностi правил / e[0,l],
(розраховано за допомогою методу експертних оцшок).
При дефазифжаци вихщно! змшно! використаемо метод центру тяжшня (центру площини).
Max
Р • ц(Р)dp
Min
í
y =
Max
j|(p )dp
Min
де y - результат дефазифжацп (вiрогiднiсть вщмови ЕРС); p - 3MÍHHa, що вщповщае вихiднiй лiнгвiстичнiй змiннiй; |(p) - функцiя належностi неч^ко! множини, що вщповщае вихiднiй змшнш пiсля виконання етапу акумуляци;
Min та Max - лiва та права точки штервалу носiя неч^ко! множини вихщно! змшно!.
Висновки. Представлена модель здатна адекватно вщтворювати тенденци впливу експлуатацшних факторiв на вiрогiднiсть вiдмови вагошв метрополiтену. Такий пiдхiд дозволяе в реальному режимi часу контролювати надшшсть транспортно! технiки i, вiдповiдно, безпеку руху. При цьому необхщшсть настання наступного етапу техшчного обслуговування визначаеться за сукупшстю експлуатацiйних факторiв, що дозволяе в рамках планово-попереджувально! стратеги техшчного обслуговування реалiзувати основнi переваги стратеги обслуговування за станом.
Додатковим ефектом впровадження моделi е можливють оптимiзацп режимiв експлуатаци транспортно! техшки. Моделювання дае можливiсть передбачити економiчний ефект вiд збiльшення, або зменшення швидкостi руху електропо!'зда, або розрахувати оптимальну кiлькiсть електропоlздiв з врахуванням пасажиропотоюв та мiсцевих умов експлуатаци.
Список лтератури
1. Четвергов В.А., Пузанков А.Д. Надёжность локомотивов: Учеб. для вузов ж.-д. транспорта. - М.: Маршрут, 2003. - 415с.
2. Горский А.В., Воробьёв А.А. Надёжность электроподвижного состава: Учеб. для вузов ж.-д. транспорта. - М.: Маршрут, 2005. - 303 с.
3. Алексеев Е.Н. Влияние интенсивности движения поездов и пассажиропотоков на статистику отказов вагонов метрополитена // Железнодорожный транспорт - пути развития и совершенствования его работы: Межвузовский сборник научных трудов / ВЗИИЖТ. - М., 1985.- Вып. 128. - С. 25- 30.
4. Сероклин И.Н., Черных О.В. Аналiз юнуючих методiв i засобiв техшчного обслуговування рухомого складу метропол^ену // Зб. наук. прац. УкрДАЗТ.- 2007.-Вип № 80.- С. 18-26.
5. Имитационная модель обслуживания пассажиропотоков на метрополитене / М.Н. Василенко, Д. С. Марков, В. Б. Соколов и др. // Конструирование, сертификация и техническая эксплуатация устройств и систем железнодорожной автоматики и телемеханики: Сборник научных трудов. Петербург, гос. ун-т путей сообщ. - СПб: Изд-во ПГУПС, 2003. - С. 17-25.
