Лекция 9а. Пример расчета надежности тяеового электродвигателя электровоза.

Для расчета надежности выбираем систему возбуждения тэд электровоза.

Расчет системы может быть произведен приближенно и полно. Для приближенного расчета достаточно знать коли­чество элементов N_Э и их интенсивности отказов . Для полного расчета необходимо располагать данными о режи­мах, времени работы и величинах внешних воздействий. При приближенном расчете простейшим способом является ис­пользование экспоненциального закона.

Под безотказной работой системы подразумеваем отсут­ствие внезапных и износовых отказов элементов. Считаем, что отказы случайны и взаимно независимы; поскольку те­пловоз регулярно проходит профилактические ремонты, счи­таем, что износовые отказы отсутствуют.

По схеме электрических соединений электровоза составляем логическую структурную схему, а на основании ее — принци­пиальную расчетную схему (рис. 8). На расчетной схеме приняты следующие обозначения, которые объединяют ряд элементов и блоков системы:

РН — регулятор напряжения;

ВГ — вспомогательный генератор;

СВ — синхронный возбудитель, три регулируемых сопротивления в цепи СВ а контакты РУ8 и РУ10;

АТВ — автотрансформатор;

AM — амплистат;

РМ — регулятор мощности, три регулируемых сопротивления и один кон­такт;

ТГ — тахогенератор и его регулируемое сопротивление;

ГПИ, ТПТ - трансформаторы постоянного напряжения и тока и четыре регу­лируемых сопротивления;

БВ — блок выпрямителей (J3 силовых диодов и 12 слаботочных);

ОВГ — независимая обмотка возбуждения главного генератора, нерегулируемое сопротивление и контакторы К У и KB;

ТР —раздаточный трансформатор;

ТК —трансформатор коррекции.

Соединение элементов в расчетной схеме может рас­сматриваться как последовательное, поэтому надежность си­стемы определяется произведением надежностей входящих в нее элементов, т. е.

 

 

 

Рис. 17

 

Считаем, что однотипные элементы, входящие в систему,, имеют один и тот же «возраст» и равнонадежны. Расчет надежности по этому уравнению при принятых допущениях называется расчетом по среднегрупповым интенсивностям отказов.

При расчете надежности системы возбуждения интенсив­ность отказов отдельных элементов взята из табл. 3. Данные расчета fc для системы сведены в табл. 6.

Интенсивность отказов , приведенная в табл. 3, соот­ветствует лабораторным условиям. Ожидаемую истинную частоту отказов определяют с учетом места работы (подвиж­кой состав) и возможных перегрузок (перегревов). Для этого табличную частоту отказов нужно умножить на К = 30 и на 1,5, учитывая возможные перегрузки и пере­гревы:

Таблица 6

 

 

Примечание. Для получения в 1/ч все значения умножить на 10 ^-6.

 

Располагая этими данными, можно определить ожидае­мое время безотказной работы:

Полученные результаты позволяют построить кривую ве­роятности безотказной работы системы в функции времени.

При расчете принимаем экспоненциальный закон распре­деления отказов, поэтому пользуемся расчетным уравнением

 

Результаты расчета R(t) сведены в табл. 7.

Таблица 7

 

На основании табл. 7 строится кривая надежности R(t), которая показана на рис. 18.

Рис. 18

Мероприятия по обеспечению необходимого уровня на­дежности должны осуществляться как в процессе создания (проектирования и постройки), так и в процессе использова­ния локомотивов (в период эксплуатации и ремонта).

Требуемый уровень надежности электро подвижного состава должен обе­спечиваться в период их создания путем соответствующего выполнения качества всех работ, связанных с проектирова­нием и постройкой машин. Имеется много различных спосо­бов повышения надежности локомотивов в процессе проек­тирования, среди которых в первую очередь можно назвать проектирование узлов, агрегатов и деталей с заданной долго­вечностью с учетом данных о надежности собранных в реаль­ной эксплуатации существующих типов локомотивов.

К числу наиболее эффективных приемов, применяемых конструкторами и технологами для решения этой задачи, относятся:

— внедрение прогрессивных машиностроительных мате­риалов;

— обеспечение условий равнопрочности деталей и частей конструкции;

— создание конструкций с регулируемыми и быстросъемными изнашиваемыми элементами;

— широкое использование упрочняющих и отделочных технологических методов, в частности, термической, термо­химической и термомеханической обработки, гальванических покрытий, метализации распылением, дробеструйной обдув­ки, накатки и т. д.;

дифференцируемый учет условий, в которых будет ра­ботать ремонтнқй электровоз;

— создание узлов и элементов с повышенными номиналь­ными нагрузками.

Другим важнейшим направлением отработки локомотивов является обеспечение их ремонтной технологичности. Объемы ремонтных работ должны быть минимальными, а межре­монтные пробеги максимальными. Ремонт необходимо свести к быстрой замене легко доступных деталей, при котором сама замена будет выполняться без трудоемких и длительных разборочно-сборочных, пригоночных и других слесарных опе­раций.

Для обеспечения этого условия основным моментом является анализ фактических сроков службы всех основных конструктивных элементов — узлов и деталей электровоза, особенно тех, которые непосредственно влияют на его на­дежность. Необходимо использовать все средства конструк­тивного и технологического упрочнения для продления сро­ков службы лимитирующих узлов и деталей. При этом сле­дует добиваться экономически целесообразной унификации этих средств на основе их равенства или кратности.

Унификация сроков службы должна позволить распреде­лять все смежные детали по минимально возможному коли­честву отдельных групп (наборов) узлов и деталей, заменяе­мых или ремонтируемых на определенных плановых ре­монтах.

Необходимым условием обеспечения соответствующего уровня надежности локомотивов в процессе их проектирова­ния и изготовления является развитие и улучшение оснаще­ния экспериментальных работ. Особого внимания требует этап создания, исследования и доводки опытных образцов локомотивов, а также их отдельных агрегатов, ответствен­ных узлов и деталей. Слабость экспериментальной базы отрицательно сказывается на качестве продукции.

Работы по выверке и доводке узлов локомотивов необхо­димо проводить в наиболее ранние этапы его освоения, обя­зательно до стадии развернутого выпуска и начала массовой эксплуатации.

Как показала практика, экономически выгоднее внести дополнительные затраты при проектировании и создании ло­комотивов повышенной надежности, чем устранять неисправ­ности, возникающие в эксплуатации.

В настоящее время конструкторы имеют значительный статистический материал по отказам узлов и деталей локо­мотивов в эксплуатации. Результаты анализа надежности узлов локомотивов на основании данных эксплуатации могут быть успешно использованы при создании новых машин. Чем полнее и достовернее статистический материал по надеж­ности, тем больше возможностей создать более надежную конструкцию нового узла и локомотива в целом.

Научная дисциплина - диагностика локомотивов - базируется на ря­де понятий и определений, установленных государственными стандарта­ми.

Несмотря на то, что технической диагностике посвящено большое число работ и исследований (6-16), всё ещё допускается неоднознач­ность используемых терминов и толкований. В данном учебном пособии приняты следующие основные понятия.

Диагностика - наука о методах, средствах, технологии диагностирования.

Диагностирование - процесс установления диагно­за с определенной точностью с указанием места, вида и причины де­фекта.

Метод диагностирования - статистический или инструментальный, основанный на физических, механических, хими­ческих и других явлениях, положенных в основу информации о состоя­нии объекта.

Средства диагностирования - измеритель­ные приборы, пульты, стенды и другие устройства.

Технология диагностирования - последо­вательность и способы применения методов и средств диагностирова­ния.

Система технического диагностиро­вания - совокупность объектов, методов и средств, а также ис­полнителей, позволяющая осуществить диагностирование по правилам, установленным соответствующей документацией. Она должна быть обяза­тельной составной частью системы планово - предупредительного ремонта подвижного состава железных дорог.

Системы технического диагностирования предназначаются для решения следующих задач:

- проверки исправности;

- проверки работоспособности;

- проверки правильного функционирования;

- поиска дефектов.

Устанавливаются следующие области применения систем диагностиро­вания локомотивов:

- при испытании и наладке локомотивов в процессе производства;

- при техническом обслуживании в процессе эксплуатации;

- при ремонте тепловозов и электровозов.

Выбор вида системы диагностирования должен осуществляться на основании -технико-экономических расчётов и технических требований, отражающих специфику процесса диагностирования локомотивов в про­цессе производства, эксплуатации и ремонта.

В основу организации ремонта локомотивов положен принцип плано­во-предупредительного выполнения работ. Совершенствование системы ремонта предполагает научное обоснование объёмов, периодичности, пробегов между ремонтами, закономерностей развития постепенных и внезапных отказов оборудования. Накопление знаний о причинах отка­зов, методах объективного контроля за состоянием деталей и сбороч­ных единиц, гарантирующего их безотказную работу на определенный срок службы, неизбежно приведёт к качественному изменению системы ремонта, целесообразному сочетанию принципов планово-предупреди­тельного ремонта, определяющего плановые начала организации ремон­та, с ремонтом по фактическому состоянию. Внедрение методов ремонта по фактическому состоянию связано с усовершенствованием методики и созданием средств технической диагностики.

Практикой определены следующие виды технической диагностики локомотивов:

- по назначению - техническая диагностика может быть специали­-
зированной и совмещенной с плановыми обслуживаниями и ремонтами
(имеется в виду проведение отдельных обследований и комплексная
оценка состояния при плановых ремонтах);

- по технологическому оборудованию - диагноз проводится специа-­
лизированными устройствами или основными приборами;

- по режиму проведения - плановая диагностика и по потребности;

- по месту в системе технического обслуживания - на поточной
линии комплексной технической диагностики при определении состояния
или заключительная проверка после выполненного ремонта;

- по типу применяемых средств диагностирования - на стационар-
-ных пунктах, с помощью бортовых систем, с помощью переносных или

передвижных средств.

Для получения информации о состоянии той или иной части элемен­тов или протекающих процессах может изучаться любая часть этих эле­ментов. Так тепловоз имеет несколько параметров, характеризующих качество его функционирования. Такими параметрами в первую очередь являются мощность при установленной частоте вращения коленчатого вала и экономичность. Поэтому диагностирование тепловоза следует начинать с контроля именно этих функциональных параметров. В случае отклонения функционального параметра от нормальных значений необ-ходимо проконтролировать функциональные параметры его подсистем и оценить их техническое состояние.

Однако разработка методов и средств ТДЛ локомотивов и техно-логия применения этих средств при ремонте и техническом обслуживании локо­мотивов является только частью большой проблемы организации техни­ческого диагностирования локомотивов. Структурная схема, отражающая основные элементы организации ТДЛ, приведена на рис. I.I.

 

Эксплуатационные показатели работы железных дорог тесно связаны с качеством электрического подвижного состава.

Например, качество электровоза, как совокупность свойств, обуслав­ливающих его способность удовлетворять потребности народного хозяй­ства в перевозках на железнодорожном транспорте, характеризуется в свою очередь такими важным свойством как мощность, (рис.2.1 и 2.2).

На рис. 2.1 представлено блочное изображение качества электровоза при изготовлении – К _Т, время эксплуатации t=0, т.е. электровоз после изготовления (постройки) ещё не работал. Качество электровоза К _Т в этом случае определяется состоянием сборочных единиц и де­талей в момент выпуска эдектровоза с завода-изготовителя. Мощность, топливная экономичность определяются измерением. Надёжность, эффек­тивность и экономический эффект - методом прогнозирования.

На рис. 2.2 дано блочное изображение качества электровоза в момент времени, определяемое техническим состоянием его сборочных единиц и деталей в момент времени t ₁, (после опреде­лённого пробега или периода эксплуатации). В этом случае мощность Net ₄ и топливная экономичность могут быть определены измерительными приборами, эффективность и экономический эффект от момента начала эксплуатации электровоза до момента времени t ₁ - рассчитаны по фак­тическим данным, а от момента времени t ₁ - до исключения из инвента­ря Т _сл - на основании методов прогнозирования.

Значения всех показателей могут быть определены (измерены, рассчи­таны, прогнозированы) на первый год эксплуатации, на весь срок службы, на любой год эксплуатации в пределах срока службы и в сред­нем на год эксплуатации за период использования.

При изготовлении электровоза (рис. 2.1) может быть два варианта:

вариант А - бортовые (встроенные) средства технического диаг­ностирова-

ния установлены на электровоз;

вариант Б - бортовые (встроенные) средства технического диаг­ностирова-

ния на электровозе не установлены.

 

 

 

 

 

В процессе эксплуатации электровоза (рис. 2.2) применение техни­ческого диагностирования при техническом обслуживании и ремонте электровозов в депо осуществляется с учётом наличия или отсутствия бортовых диагностических устройств.

Качество тягового подвижного состава (ПС) оказывает существен­ное влияние на уровень пропускной и провозной способности железно­дорожных линий, показатели использования подвижного состава, фондо­отдачу, себестоимость перевозок и производительность труда. Важны­ми показателями качества тягового подвижного состава являются мощ­ность, коэффициент полезного действия, надёжность, а также другие показатели технического уровня. Но самые совершенные начальные ха­рактеристики ПС - это необходимое, но ещё недостаточное условие его высокого качества. Начальные характеристики, номинальные параметры ПС показывают его технические возможности. Эти возможности могут быть определены и реализованы лишь в процессе использования. Следо­вательно, ПС должен иметь не только высокие начальные характерис­тики, но и обладать способностью сохранять эти характеристики в те­чение всего периода эксплуатации /4/.

С течением времени эксплуатации параметры качества изменяются и могут достигнуть критических значений, при которых состояние ПС счита-ется неудовлетворительным. Событие, состоящее в нежелательном измене-

нии параметра качества, в переходе из удовлетворительного (работо-

способного) в неудовлетворительное (неисправное) состояние, принято называть отказом /20/.

Методы технической диагностики электровозов должны предусмат-ривать в первую очередь определение основных выходных параметров, характе­ризующих работоспособность двигателя (таких, как мощность, расходы топлива и масла, ресурсы), а затем в случае их несоответствия уста­новленным требованиям, параметров, характеризующих работу деталей цилиндро-поршневой группы и систем двигателя /4/.

Степень отклонения параметров свидетельствует об уровне измене­ний процессов, происходящих в двигателе. Но для каждого параметра существует поле допуска, обусловленное точностью измерений и допус­тимыми отклонениями, в пределах которых считается, что локомотив находится в исправном состоянии.

Одна из наиболее существенных составляющих частей качества - надёж­ность, которая представляет собой свойство объекта сохранять во вре­мени в установленных пределах значения всех параметров, характери­зующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования

Надёжность является сложным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения состоит из сочетаний свойств: безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохра­няемости.

Надёжность зависит от качества создания (изготовления) и условий, в которых происходит использование локомотивов (эксплуатация, техни­ческое обслуживание, ремонт, транспортировка, хранение).

Качество эксплуатации - это совокупность свойств процесса эксплуа­тации, от которых зависит соответствие этого процесса установленным заводом-изготовителем требованиям. Оно зависит от климатических и по-годных условий, плана и профиля пути, массы и длины поездов, вида ра-боты (грузовое, пассажирское движение, маневры и т.д.), квалифика­ции локомотивных бригад и их отношения к исполнению своих обязаннос­тей, качества топлива, масла, воды и т.д. /21/.

Качество технического обслуживания и ремонта зависит от состоя-ния локомотивного парка (в частности, его возраста и времени эксплуата­ции от последнего капитального ремонта), а также от укомплектован­ности штата и квалификации ремонтных рабочих (их отношения к пору­ченной работе). Немаловажное значение для обеспечения надлежащего качества технического обслуживания и ремонта имеет наличие в локомо­тивных депо соответствующего оборудования, в том числе и для техни­ческого диагностирования локомотивов. Повышение надёжности локомоти­вов, как одного из важнейших факторов интенсификации производства имеет большее значение для улучшения работы железнодорожного тран­спорта /22/.

Повышение уровня надёжности локомотивов даёт возможность снизить потребность в них на железных дорогах. Это позволяет опре-деленное время не увеличивать их поставки и тем же количеством локо-мотивов приписного парка выполнять больший объём работы.

В результате повышения надёжности деталей и узлов электровозов и электровозов представляется возможность увеличить сроки между плано­выми техническими осмотрами и ремонтами, сократить объёмы ремонтных работ, снизить затраты трудовых и материальных ресурсов.

Повышение уровня надёжности локомотивов позволяет сократить

число порч их на линии и заходов на неплановые ремонты, уменьшить время простоев поездов из-за отказов по вине работников локомотив­ного хозяйства, повысить скорость движения поездов.

Последнее способствует ускорение доставки грузов и экономии оборотных средств народного хозяйства.

Повышение уровня надёжности локомотивов оказывает положительное влияние на увеличение пропускной способности и тем самым в ряде случаев позволяет отложить на некоторое время капитальные вложения на усиление мощности линий.

Сокращение потребности в локомотивах, увеличение сроков между плановыми техническими осмотрами и ремонтами, уменьшение числа порч локомотивов в пути и неплановых ремонтов, рост пропускной способ­ности в результате повышения их надёжности позволяет улучшить ис­пользование основных фондов железных дорог.

В локомотивных депо сети железных дорог страны уже достигнуты определенные положительные результаты в области создания и внедре­ния практических методов и эффективных средств технического диаг­ностирования локомотивов.

Во ВНИЖТе, ВНИТИ, в других организациях и вузах ведутся работы по созданию автоматизированных систем технического диагностирова­ния локомотивов (АСЦТД). Серийное производство универсальных техни­ческих средств диагностирования создаст условия для широкого внед­рения их в локомотивных депо при эксплуатации, обслуживании и ре­монте тепловозов и электровозов. Это позволит улучшить техническое состояние локомотивного парка и повысить его надёжность, сократить трудоёмкость работ по техническому обслуживанию и ремонту теплово­зов и электровозов, получить экономию материалов и запчастей, а также топливно-энергетических ресурсов.