CC BY
23
УДК 621.21
Перевергов1 В.П, Андрончев2 И.К., Юрков3 Н.К
гФГБОУ ВО Самарский государственный университет путей сообщения, Самара, Россия Администрация Губернатора Самарской области, Самара, Россия 3ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия
СИСТЕМА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ И ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ НТТС И ПС В УСЛОВИЯХ РЖД
Структура наземных транспортно-технологиче-ских средств (НТТС) и подвижного состава (ПС) позволяет с системных позиций понять влияние системы диагностирования, техобслуживания и ремонта НТТС и ПС на качество работ, на все виды безопасности, на ее конкурентоспособность на рынке, а также на экономико-финансовые показатели предприятия в рыночных условиях.
Это поможет грамотно разбираться в технологических машинах и технологических процессах изготовления, ремонта) деталей машин на оборудование, оснащенном системами диагностики программно- адаптивным управлением, учитывать комплекс эксплуатационных и технологических показателей.
Целевыми функциями максимума являются: производительность, экономичность, прочность, надежность, технический ресурс, степень автоматизации, удобство управления, изготовления, сборки, разборки, восстановления свойств деталей машин, а целевыми функциями минимума являются -масса детали, металлоемкость, размерные отклонения, объем и стоимость изготовления заготовок, оснастки, приспособлений, расходы на материалы, технологическую подготовку производства (восстановления) заготовок и деталей машин НТТС.
Надежность любой сложной динамической транспортной системы связана с недопустимостью отказов в работе элементов системы и заключается в отсутствии непредвиденных изменений его качества в процессе эксплуатации. Техническая диагностика
- изучает вопросы появления отказов в технических системах, разрабатывает методы их обнаружения и принципы построения диагностических систем.
Объектами исследования технической диагностики могут служить любые технические системы, если они удовлетворяют условиям:
1. Находиться в состояниях: норма,, отказ и критическое состояние.
2. В них можно выделить элементы, которые также характеризуются различными состояниями.
Система находится в состоянии ОТКАЗ, если она утрачивает способность к выполнению заданных функций. Отказ - это событие, когда один из контролируемых физических параметров вышел за пределы допустимых значений. Система находится в состоянии НОРМА, если её основные параметры находятся в пределах принятой нормы и если она нормально выполняет свои функции. Переходное состояние от НОРМЫ к ОТКАЗУ называется КРИТИЧЕСКИМ.
В технической диагностике выделяют 3 аспекта: 1. Изучение конкретных объектов диагностирования
- подвижной состав ПС- локомотивы, вагоны; наземные транспортные технологические системы НТТС - путевые машины, модули обработки материалов давлением и т.д. 2. Построение и изучение математических моделей объектов диагностирования. 3. Исследование диагностических систем.
В условиях ГПС к основным целям технической диагностики относят:
поддержание заданных условий выполнения технологического процесса и технологического оборудования;
предупреждение поломок и своевременная остановка технологического оборудования в аварийных ситуациях;
- прогнозирование постепенно развивающихся дефектов (отказов) с целью уточнения сроков ремонта;
проверка качества ремонта оборудования;
исключение возможностей вредного влияния технологических сред (шум, вибрации).
Для обеспечения надежной работы технологического оборудования диагностика неисправностей (отказов) осуществляется на всех этапах его срока службы: - на стадии проектирования; 1 - на стадии установки и монтажа; 2- на стадии эксплуатации; 3 - на стадии ремонтных работ.
Наиболее важным в железнодорожной отрасли является выполнение диагностических работ на стадии эксплуатации и ремонта НТТС и ПС и автоматизация технологического процесса. На основе физической теории надежности создаются методы расчета надежности деталей машин, методы ускоренных испытаний, устанавливаются режимы упрочнения поверхностей деталей машин. Интеграция теории надежности с повышенными физико-техническими дисциплинами привела к появлению таких направлений в теории надежности, как прочностная надежность, коррозионная надежность. В этих направлениях решаются задачи расчета, испытаний и обеспечения надежности на основе методов теории прочности, коррозии металлов, а так же в условиях воздействия на изделие соответственно механических нагрузок, агрессивных сред, трения и изнашивания, радиация. Отказ-это событие, когда один из контролируемых параметров вышел за пределы допустимых значений. При исследовании причин отказов в первую очередь должен быть проведен анализ режимов и условий эксплуатации и действующих нагрузок. Нагрузки, воздействующие на технические устройства, могут быть подразделены на две группы: нагрузки, обусловленные внешними воздействующими факторами; нагрузки, обусловленные функционированием самого изделия. Процесс действия нагрузок на детали машин является основной причиной их отказов, поэтому анализ причин отказов не возможен без учета вида действующих нагрузок и длительностью воздействия. Если на изделие действует одна или несколько нагрузок, то говорят, что оно нагружено, т.е. оно функционирует под нагружением. Анализ причин отказов проводится с целью обоснованной разработки мероприятия по их предотвращению как в серийно изготавливаемых изделиях, так и во вновь разрабатываемых видах техники с конструктивно-технологическим подобием. Результаты анализа причин отказов могут использоваться для: установления или уточнения критериев отказов; определения и учета влияния на надежность отдельных особенностей или факторов конструкции, технологии изготовления, режимов и условий эксплуатации, внешних воздействующих факторов, различного вида ремонтной оценки эффективности мероприятий по обеспечению надежности; выбора или уточнения системы контроля качества изготовления или диагностирования технического состояния изделий; определения или уточнения периодичностей технического обслуживания и ремонта и объемов видов работ при этих операциях. Наглядной формой анализа причин отказов является схема причинно-следственных связей (рисунок 1) . В этой схеме конечный результат (показатель надежности, внешние проявление отказа, критерий отказа) изображается центральной стрелкой. Явления (факторы, принципы), влияющие на результат, изображают стрелками, направленными к центральной линии. Диаграмма отказов представлена на рисунке1 предназначена для разработчиков и изготовителей и направлена на обеспечение гарантий того, что основное изделие по надежности удовлетворяет требованиям заказчика. Сущность этого метода сводится к тому, что еще на начальных стадиях создания техники проводится анализ и количественно определяются все потенциально возможные причины и последствия отказов.
Рисунок 1 - Факторы,влияющие на отказы
Программно-аппаратная система, осуществляющая функции диагностирования технического объекта в автоматическом (автоматизированном) режиме называется системой диагностирования (СД) и состоит из: 1. подсистемы аппаратных средств. 2. подсистемы программных средств.
При разработке СД ГПМ ОМД должны выполняться основные требования:
1) модульность построения и открытость структуры;
2) гибкость связей и оптимальный алгоритм диагностирования;
3) рациональность соотношения программных и аппаратных подсистем;
4) рациональность обработки поступающей информации на микрокомпьютере (или процессоре вычислительной системы) и непосредственно на аппаратных средствах обработки измерительной информации (периферии СД);
5) быстрая переналаживаемость и восстанавливаемость в условиях ГПС;
6) рациональность сочетания достаточной точности диагностирования с высокой производительностью;
7) инвариантность систем контроля, диагностики управления;
8) эргономичность и визуального комфорта оператора.
Необходимость формализации классификации отказов ГПМ вытекает из потребностей в составлении автоматизированных картотек отказов и в связи с необходимостью использования классификации отказов в прикладных программах системы диагностики и принятия решений.
Классификацию - основу научного познания, формально можно представить в виде дерева отказов (неисправностей). На рисунке 2 представлен фрагмент дерева отказов гибкого производственного модуля ( ГПМ) обработки материалов давлением. Пусть Т - т - дерево (т - максимальная степень исхода каждой вершины), а М - алфавит из т букв. Каждому ребру в дереве Т припишем букву из алфавита М, так, что не может быть двух ребер, исходящих из одной и той же вершины и помеченных одной и той же буквой. Тогда каждой вершине дерева мы можем приписать слово, образуемое как конкатенция букв, которыми помечены рёбра при движении из корня в данную вершину.
Такие слова называются кодовыми словами - они образуют префиксный код. Например, 1 - ТО -000011100; 1' - СУ ТО - 000011101 и т.д. в зависимости от возникшего отказа.
Оценка надежности технической системы при эксплуатации включает в себя мониторинг ее надежности, составными частями которого являются
электронное и визуальное наблюдение за критическими параметрами (зона риска), выявленными на стадии проектирования при разработке «дерева» неисправностей (отказов). Для обеспечения заданной надежности системы данные постоянно анализируются, используя статистические методы. Данные о надежности и оценки параметров являются ключевыми входами для модели системной логистики. Методики анализа надежности включают: 1-виды и последствия отказов; 2- анализ структурных схем надежности и деревьев неисправностей (отказов); 3- устранение отказов и анализ ремонтопригодности, ориентированной на безотказность; 4- диагностика отказов и анализ ошибок человека-оператора и т. д.
Для определения технического состояния любых технических систем, в частности НТТС, ПС могут использоваться следующие методы диагностирования:
1. Метод временных интервалов применяется для анализа простоев, определения показателей надежности, контроля режимов работы, расчета кинематических, электрических, гидравлических параметров и т.д. и позволяет осуществить первичную локализацию места неисправности.
2. Метод эталонных моделей - основан на сравнении числовых значений параметров усилий, крутящих моментов, давлений, ускорений, вибраций и т.д. с их техническими показателями и нормами технических условий.
3. Метод эталонных зависимостей - основан на сравнении экспериментально полученных функциональных зависимостей параметров проверяемого узла системы эталонными, найденными расчетным путем.
4. Метод эталонных осциллограмм применяется для выявления дефектов технологического оборудования, для которого характерны низкочастотные динамические процессы. Высокая информативность, наглядность метода используется при профилактических осмотрах, уточнении диагноза.
Метод сопоставления и наложения осциллограмм основан на анализе одновременно записанных осциллограмм различных параметров или одного и того же параметра, но при разных условиях работы оборудования.
Корреляционные методы применяются для обнаружения отклонений (крупных дефектов) в характере зависимости между параметрами (взаимная корреляция) или в изменении параметра во времени (автокорреляция).
Спектральные и спектрально корреляционные метод основаны на выделении и изменении составляющих сложных сигналов от высоко и низкочастотных процессов (виброакустическое диагностирование).
Рисунок 2 - Фрагмент дерева отказов
Метод определения предельных (аварийных) состояний основан на обнаружении факта без точного количественного определения выходных параметров технологических систем в недопустимый диапазон: понижение уровня масла в гидросистеме пресса, повышение температуры масла, отключение электроэнергии, отсутствие заготовки в штампе или несоответствие ее нагрева и т.д.
Тестовые методы диагностирования - основаны на подаче стимулирующих воздействий. Целесообразно проводить диагностику сложных технических систем с применением различных методов диагностирования.
ЛИТЕРАТУРА
1. Перевертов В.П., Андрончев И.К., Абулкасимов М.М. «Надежность и качество 2016»: труды международ. симпозиума. Т. 2.- Пенза: изд-во пенз.ГУ,2016.-С.143-147
2. Перевертов В.П. Метрология. Стандартизация. Сертификация: конспект лекций.- 3 -изд. перераб. и доп. Самара: СамГУПС, 2017.- 212с.
3.Андрончев И.К Перевертов В.П. Стратегия интерсубьектной надежности сложных технических систем железнодорожного транспорта «Надежность и качество 2 017»:труды международ, симпозиума. Т. 1.-Пенза: изд-во пенз. ГУ, 2017.- С.70-73
