Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ и совершенствование существующих систем обслуживания и диагностирования электротехнического комплекса троллейбуса 16
1.1. Анализ электротехнического оборудования на основе блочно-функциональной декомпозиции 16
1.2. Существующие системы технического обслуживания и ремонтов троллейбуса 22
1.3. Электротехническое оборудование троллейбуса как объект диагностирования 40
1.4. Алгоритм диагностирования технического состояния электротехнического оборудования 61
1.5. Выводы по главе 1 65
2. Наиболее характерные повреждения и способы диагностирования электротехнического оборудования 67
2.1. Тяговый электродвигатель 67
2.2. Импульсные системы управления 81
2.3. Контакторно-реостатные системы управления 86
2.4. Токоприемники 89
2.5. Изоляция высоковольтных цепей 98
2.6. Система бортового электроснабжения и цепи управления 101
2.7. Аккумуляторная батарея 106
2.8. Выводы по главе 2 114
3. Определение сроков диагностирования и остаточного ресурса электротехнического оборудования 115
3.1. Анализ влияния срока службы электротехнического оборудования на вероятность безотказной работы 115
3.2. Определение сроков диагностирования электротехнического комплекса троллейбуса по наработке на отказ 119
3.3. Влияние баланса отказов и неисправностей электротехнического оборудования на сроки его диагностирования 130
3.4. Оценка контролепригодности электротехнического оборудования 140
3.5. Выводы по главе 3 145
4. Разработка математической модели технического состояния и прогнозирования работоспособности электротехнического комплекса троллейбуса 147
4.1. Вероятностная математическая модель для оценки состояния электротехнического оборудования 147
4.2. Система прогнозирования технического состояния электротехнического оборудования 159
4.3. Прогнозирование работоспособности электротехнического оборудования 187
4.4. Оптимизация системы обслуживания электротехнического комплекса по уровню надежности 192
4.5. Экономическая эффективность повышения надежности электротехнического комплекса троллейбуса 197
4.6. Выводы по главе 4 204
Заключение 207
Библиографический список использованной литературы 210
Приложение 225
- Существующие системы технического обслуживания и ремонтов троллейбуса
- Электротехническое оборудование троллейбуса как объект диагностирования
- Система бортового электроснабжения и цепи управления
- Определение сроков диагностирования электротехнического комплекса троллейбуса по наработке на отказ
Введение к работе
Актуальность темы. В процессе эксплуатации троллейбуса под воздействием внешних факторов и специфических режимов его работы техническое состояние электротехнического оборудования (ЭО) непрерывно ухудшается, снижается его надёжность и увеличивается количество отказов. Необходимый уровень надёжности ЭО может поддерживаться только при условии систематического контроля и диагностирования его технического состояния и своевременного проведения технического обслуживания (ТО). Надёжность механического и ЭО транспортных средств была достаточно широко исследована в автомобильной промышленности, авиации, железнодорожном транспорте, сельхозтехнике. Однако, из патентно-информационного поиска следует, что надёжность ЭО троллейбуса изучена мало и необходимо продолжить работы в этом направлении.
В то же время, опыт эксплуатации троллейбусов показывает, что затраты на поддержание (восстановление) надёжности в 3 - 6 раз превышают затраты на их создание. Одним из существенньж факторов, влияющим на техническое состояние троллейбуса, является несовершенство применяемой в настоящее время системы ТО. На технический осмотр и ремонт (ТО и Р) троллейбуса расходуется до 75 % всех средств депо, а затраты на ТО и Р электротехнического комплекса троллейбуса составляют около 60 % от суммарного объема затрат на обслуживание. Учитывая тот факт, что реально эксплуатируемый подвижной состав изношен более чем на 70 %, проблемы обеспечения надёжности ЭО в процессе эксплуатации и определение фактического технического состояния и его прогнозирование являются первоочередными задачами.
В основной программе Министерства транспорта Российской Федерации «Транспортная стратегия Российской Федерации» в развитии до 2010 г. указано на необходимость совершенствования технической политики, которая сегодня не способствует обеспечению требуемой безопасности, повышению надёжности и потребительских качеств транспортных услуг. Созданная в 2000 г. при Министерстве транспорта РФ Межведомственная комиссия обязала все электротранспортные предприятия усилить контроль, в том числе и за состоянием ЭО силовых и вспомогательных цепей троллейбуса в связи со старением транспортного парка страны. Поэтому, учитывая острую необходимость в повышении надёжности и снижении затрат на ТО и ремонт, исследования в этой области представляются актуальной задачей.
Целью работы является совершенствование методов и средств оценки надёжности и прогнозирования работоспособности ЭО троллейбуса для определения периодичности ТО при заданном уровне надёжности в реально изменяющихся условиях эксплуатации; разработка компьютерной диагностической системы прогнозирования технического состояния (СПТС) электротехнического оборудования троллейбуса и методики периодического контроля и прогнозирования работоспособности на её основе, обеспечивающих снижение затрат на техническое обслуживание ЭО.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
-
Систематизация и анализ существующих методов диагностирования и оценки надёжности ЭО.
-
Оптимальная организация процессов диагностирования и контроля технического состояния ЭО. Создание алгоритма диагностирования ЭО.
-
Оценка и прогнозирование надёжности электротехнического комплекса троллейбуса по эксплуатационному показателю (пробегу и времени эксплуатации) и оптимизация сроков проведения технического обслуживания ЭО.
-
Разработка комплексного метода по оценке надёжности и интегральной вероятностно-диагностической системы прогнозирования технического состояния электротехнического комплекса троллейбуса с использованием стохастических и детерминированных моделей.
-
Проведение экспериментальных исследований для определения эффективности предлагаемьж решений, направленньж на повышение надёжности и совершенствование ТО.
Объект исследования - электротехническое оборудование, действующее на подвижном составе троллейбуса предприятий электротранспорта городов России и ближнего зарубежья, которое представляет в совокупности сложный электротехнический комплекс.
Предмет исследования - процесс изменения надёжности электротехнического оборудования троллейбуса, эксплуатируемого в реально изменяющихся условиях эксплуатации и установление взаимосвязей между качественными и эксплуатационными показателями его работы.
Методы исследования. В основу теоретических исследований положен математический аппарат с применением методов теории вероятностей и теории надёжности. Использованы аналитические и численные методы решения нелинейных (трансцендентных) уравнений, теории случайных процессов, теории алгоритмов, теории массового обслуживания, методы математического моделирования процессов изменения надёжности ЭО. Для обработки и анализа экспериментальных данньж использовались методы математической статистики и планирования эксперимента.
Достоверность результатов теоретических исследований проверялась параллельными расчетами различными методами и сравнением их с результатами, полученными экспериментальным путём в ходе практических испытаний электротехнического оборудования в реальньж условиях.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Многоуровневая блочно-функциональная декомпозиция электротехнического комплекса троллейбуса.
-
Методика исследования надёжности ЭО троллейбуса при его эксплуатации в реальньж режимах, основанная на использовании теории вероятностей и математической статистики и общие выражения, устанавливающие связи показателей надёжности с параметрами эксплуатации.
-
Комплексный метод определения и прогнозирования технической надёжности электротехнического комплекса троллейбуса.
-
Результаты математического моделирования процессов изменения надёжности ЭО при его эксплуатации.
-
Интегральная вероятностно-диагностическая система прогнозирования технического состояния электротехнического комплекса троллейбуса.
Научная значимость и новизна работы заключается в том, что:
-
Впервые выполнено функциональное описание ЭО как сложного многоуровневого электротехнического комплекса; предложена блочно-функциональная декомпозиция ЭО, позволяющая выбирать необходимую глубину диагностики.
-
Показано, что закон распределения времени безотказной работы ЭО приближается к экспоненциальному закону по мере износа оборудования.
-
Получены зависимости вероятности безотказной работы от времени наработки на отказ при различньж сроках диагностирования, которые позволяют уточнять периодичность диагностирования, что особенно важно для традиционных периодических систем обслуживания.
-
Определена единая аналитическая функция, описывающая законы изменения надёжности работы ЭО троллейбуса.
-
Впервые для диагностики ЭО синтезирован метод, основанный на фактах отказов оборудования и на диагностике основньж узлов.
Практическая полезность и реализация результатов работы состоят в том, что:
-
С использованием блочно-функциональной декомпозиции электротехнического оборудования предложено: выделять диагностируемые объекты, выбирать способы диагностирования ЭО, определять необходимую глубину диагностирования.
-
Разработан алгоритм диагностирования, который позволяет при существующей системе технического обслуживания выбирать оптимальные сроки диагностирования в зависимости от заданного уровня надёжности для каждого вида ЭО.
-
Разработана вероятностно-статистическая модель для оценки надёжности, на основе которой можно определять техническое состояние ЭО при эксплуатации.
-
На основе использования разработанной математической модели и результатов диагностирования предложен комплексный метод оценки надёжности и система прогнозирования технического состояния электротехнического комплекса троллейбуса, позволяющие оценивать текущее техническое состояние ЭО и прогнозировать его работоспособность на перспективу.
5. Выполненные исследования однозначно предопределили необходи
мость корректировки действующих инструктивно-нормативных документов,
используемых в практической деятельности Управлений пассажирских перево
зок и электротранспортньж предприятий городов Новосибирска и Барнаула.
6. После внедрения результатов исследований уровень отказов ЭО только
по троллейбусному депо № 2 г. Новосибирска снизился с 30 % до 17 %.
Реализация результатов работы. Основные теоретические положения,
методы исследований, практические рекомендации, полученные в диссертационной работе, нашли практическое применение на ряде электротранспортных предприятий городов Новосибирска и Барнаула. На основе проведенных исследований разработаны новые и внесены предложения по корректировке действующих инструктивно-нормативных документов, используемых управлениями пассажирских перевозок в практической деятельности.
Внедрена интегральная вероятностно-диагностическая система мониторинга и прогнозирования технического состояния электротехнического комплекса троллейбуса на электротранспортных предприятиях городов Новосибирска и Барнаула.
Высокий уровень и универсальность разработки подтверждается, помимо патента на полезную модель, пятью актами внедрения результатов диссертации на предприятиях, в числе которых: Управления пассажирских перевозок мэрии городов Новосибирска и Барнаула, Инской участок электроснабжения Западно-Сибирской железной дороги ОАО «Российские железные дороги», Конструкторское бюро и отдел электрических машин ОАО «Сибэлектропривод» компании «Дедал» (г. Новосибирск).
На основании результатов исследований, полученных в теоретической и практической частях работы, на кафедре «Электрический транспорт» НГТУ в учебный процесс внедрены программные комплексы для анализа надёжности и прогнозирования технического состояния ЭО, используемые при подготовке специалистов направлений 551300 и 654500 «Электротехника, электромеханика и электротехнологии».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на межвузовской международной научно-технической конференции магистрантов и аспирантов «Young researcheis of XXI century. First Graduated School Intei-University Scientific Conference, devoted to the 50th anniversary ofNSTU» (Новосибирск, 2000); международных научных симпозиумах «The Korea-Russia international symposium of science and technology at the University of Ulsan, republic of Korea» (Ульсан, Корея, '2000, '2003, '2004); пятой Международной конференции «Электротехнические материалы и компоненты» МКЭМК-2004, (Алушта, 2004); седьмой Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения» АПЭП-2004 (Новосибирск, 2004); второй международной научно-технической конференции «Энергетика, экология, энергосбережение, транспорт» (Тобольск, 2004); международной научно-технической конференции «Электроэнергия и будущее цивилизации» (Томск, 2004); Научно-техническом форуме с международным участием «Высокие технологии -2004» (Ижевск, 2004); Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации. НТИ-2004», НГТУ, (Новосибирск, 2004); научно-технических семинарах кафедры «Электрический транспорт» НГТУ (1999 - 2004).
Публикации. Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований опубликованы в 12 печатных работах, в числе которых 6 статей,
5 докладов на конференциях, 1 патент на полезную модель
В работах 3 и 4 автору принадлежат постановка задачи и сбор данных для анализа, в работах 6 и 7 автор разрабатывал алгоритмы и математические модели, в работах 8, 9 и 10 автор непосредственно подготавливал и проводил экспериментальную часть исследований, в работе 12 - принимал участие в синтезе схемы выпрямителя повышенной надежности и выполнял сравнительный расчет надежности схемных решений
Структура и объём работы Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 167 наименований и шести приложений Общий объем диссертации 248 страниц машинописного текста, в том числе 224 страниц основного текста, 63 рисунка, 23 таблицы
Существующие системы технического обслуживания и ремонтов троллейбуса
Вопросы анализа надежности и совершенствования систем обслуживания разрабатывают в различных отраслях деятельности человека, в частности, в сельхозтехнике [8 ч-10], на автомобильном [11ч-14] и железнодорожном транспорте [15ч-18], в энергетике [19ч-26], авиации и самолетостроении [27ч-29], космическом кораблестроении [30]. В России система ремонтов городского электрического транспорта впервые появилась в 1934 году [1]. В 1936 году на всесоюзной трамвайной конференции в Ленинграде была принята единая система плановых ремонтов для всех трамвайных хозяйств, утвержденная приказом Наркомхоза РСФСР, которая в дальнейшем совершенствовалась в 1939, 1949 г.г. При пересмотрах совершенствовали и уточняли характеристики осмотров и ремонтов и повышали межремонтные пробеги. Эти изменения были возможны вследствие роста качества и надежности заводского изготовления ЭПС, а также общим повышением техники и культуры его эксплуатации. В настоящее время в России и за рубежом широко распространены три основные системы ремонта: 1. Планово-предупредительная система ремонта (ППСР), в основе которой лежит ремонт после определенного пробега на линии. ППСР характеризуется: наименованием осмотров и ремонтов, чередованием ремонтов, нормами простоя транспортного средства. В ППСР определена постоянная структура ремонтного цикла. Сохранение средних соотношений объемов ремонтных работ между отдельными видами ремонта дают возможность планировать ремонты, производить расчеты затрат рабочей силы, оборудования, времени, запасных частей и материалов, необходимых для ремонта. С другой стороны, ППСР не учитывает изменений технического состояния оборудования, происходящих в процессе его эксплуатации и модернизации. ППСР позволяет планировать ремонты и осмотры благодаря детерминированным подходам в выборе ремонтных воздействий и определения их периодичности. Важнейшим преимуществом ППСР на сегодняшний день является то, что она предусматривает комплекс профилактических мероприятий, исключающих возникновение катастрофического износа и уменьшающих вероятность неожиданного выхода из строя оборудования. Но из-за высоких затрат трудовых и материальных ресурсов она не может оставаться эффективной системой ремонта в современных экономических условиях. 2. Периодическая система ремонта (ПСР).
При использовании ПСР постановка ЭПС на осмотр и ремонт осуществляется независимо от технического состояния через определенные промежутки времени. Она более затратна по сравнению с ППСР. 3. Система ремонта по потребности (СРП) или техническому состоянию. СРП предусматривает постановку транспортных средств на ремонт только после возникновения какого-либо отказа. Достоинства этой системы в том, что все узлы и агрегаты изнашиваются до предела (то есть используется полный ресурс работоспособности) [160 ч- 163]. Отказы, возникающие на линии, приводят к потере выручки, простоям и другим дополнительным затратам, связанным с неплановым ремонтом. СРП эффективна при внедрении диагностики, оценки ресурса оборудования и прогнозировании отказов. Методы оценки существующей надежности, оценки ресурса ЭО и прогнозирования надежности с учетом экономической целесообразности являются предметом исследования в настоящей работе. В России при обслуживании троллейбуса к настоящему моменту доминирует ППСР [31, 32]. Опыт эксплуатации ЭО современного троллейбуса показывает, что за- траты на поддержание (восстановление) надежности с помощью технического обслуживания (ТО) и технического ремонта (ТР) за срок службы в несколько раз превышают затраты на их создание с определенным уровнем надежности [33, 34]. Именно этот факт вызывает необходимость совершенствования и оптимизации системы их ТО и ТР. Изменение характеристик и уровня надежности [35] ЭО троллейбуса при его эксплуатации - естественный процесс [36]. Современный троллейбус состоит из отдельных сборочных единиц и агрегатов, имеющих различные технические ресурсы, обусловленные их назначением, свойствами материалов и различными условиями эксплуатации. Иногда полагают, что следует стремиться проектировать систему, со стоящую из элементов с одинаковым сроком службы, которым и будет оцени ваться ее долговечность [35]. Такая идеальная система при эксплуатации не требовала бы никакого ремонта и ее после износа элементов целесообразно было бы заменить новой. Однако, создание системы из равнопрочных элемен те тов в ближайшем будущем маловероятно и экономически нецелесообразно, следовательно, сохраняется необходимость в их обслуживании и ремонте. За счет обслуживания и ремонтов достигается наиболее полное использование технических ресурсов оборудования, сборочных единиц и агрегатов, что обусловливает экономическую целесообразность ТО и ТР [36]. Под системой ТО и ТР ЭПС понимается совокупность технико-экономических положений, определяющих содержание парка подвижного состава в работоспособном состоянии и регламентирующих следующие параметры: номенклатуру ремонтных обслуживании (виды осмотров и ремонтов и их количество); цикличность (чередование) осмотров и ремонтов, то есть структуру ремонтного цикла; периодичность ремонтных обслуживании (межремонтные пробеги и сроки работы); лубину восстановлений (характеристики осмотров и ремонтов, то есть объемы ремонтных и контрольно-профилактических работ). В соответствии с этими параметрами разрабатываются положения, определяющие организацию и технологию технического обслуживания и ремонта. Они являются входными, управляемыми и влияют на выходные показатели эффективности системы ТО и ТР. Под восстановительной работой понимается некоторое единовременное воздействие на ЭО, целью которого является либо определение состояния системы и ликвидация отказа (если он имеет место), либо улучшение характеристик безотказности, работоспособности и экономичности. Каждая восстановительная работа может быть охарактеризована тремя особенностями, влияющими на ее длительность или на потери времени, вызванные ее проведением. 1. Восстановительная работа (ремонт) проводится в некоторый случайный момент (например, при отказе ЭО между плановыми ремонтами) или в заранее назначенное время (плановые обслуживание и ремонты). Ремонт в случайный, заранее неизвестный момент может потребовать дополнительного времени на его организацию, что увеличивает время восстановления и затраты. К этому необходимо добавить ущерб, наносимый задержкой движения из-за отказа троллейбуса, потерей провозной способности магистралей, затратами, связанными с простоем самого троллейбуса и буксировкой его в депо. 2. ЭО в начале восстановительной работы может находиться в работоспособном или неработоспособном состояниях. В первом случае необходимо затратить дополнительное время на поиск отказавшего элемента и ликвидацию последствий отказа.
Электротехническое оборудование троллейбуса как объект диагностирования
При определении количественных показателей безотказности необходимо четко сформулировать понятие отказа ЭО и его составных элементов, при этом, не смешивая отказы с дефектами. Кроме того, необходимо правильно классифицировать отказы и при этом четко различать классификацию математическую (вероятностную) и физическую [79, 59].
Электротехническое оборудование или его элемент считаются неисправными, если их состояние не соответствует хотя бы одному из требований, установленных нормативно-технической документацией. По определению отказ это событие, заключающееся в нарушении работоспособности объекта [60]. Применительно к ЭО троллейбуса отказом следует считать неисправность, вызвавшую выбытие подвижного состава из эксплуатации в целом или снижение его эксплуатационных характеристик [79].
Кроме понятия отказа в терминологии надежности применяется понятие неисправного состояния, работоспособного состояния и повреждения.
Повреждением называется событие, заключающееся в нарушении требований, установленных нормативно-технической документацией для объекта или его составных частей вследствие влияния внешних воздействий, превышающих уровни, установленные в нормативно-технической документации на объект. Примером повреждения ЭО троллейбуса может служить загустевание электролита аккумуляторной батареи, увеличение переходного сопротивления угольной вставки головки токоприемника. Состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований, установленных нормативно-технической документацией называется неисправным. Под работоспособным состоянием понимается состояние объекта, при котором он способен выполнять заданные функции, сохраняя значения заданных параметров в пределах, установленных нормативно-технической документацией. При классификации отказов применяется понятие систематического отказа, то есть многократно повторяющийся отказ, обусловленный дефектами конструкции ЭО, нарушением процесса его изготовления, низким качеством используемых материалов. Рассматривая причины возникновения отказов ЭО троллейбуса, следует классифицировать их на эксплуатационные и производственные (технологические). Основные понятия процесса диагностирования. Техническая диагностика - область научно-технических знаний, сущность которой составляют теория, методы и средства обнаружения и поиска дефектов объектов технической природы [69]. Под дефектом понимают любое несоответствие свойств объекта заданным, требуемым или ожидаемым его свойствам. Обнаружение дефекта есть установление факта его наличия или отсутствия в объекте. Поиск дефекта заключается в указании с определенной точностью его местоположения в объекте. Основное назначение технической диагностики состоит в повышении надежности объектов на этапе их эксплуатации, а также в предотвращении производственного брака на этапе изготовления объектов и их составных частей. Повышение надежности обеспечивается улучшением таких показателей, как коэффициент готовности, коэффициент технического использования, время восстановления работоспособного состояния, а также ресурс или срок службы и наработка до отказа или наработка на отказ для резервированных объектов с восстановлением. Кроме того, диагностическое обеспечение позволяет получать высокие значения достоверности правильного функционирования объектов. Анализ существующих методов диагностирования оборудования подвижного состава троллейбуса. В настоящее время известно множество методов диагностирования транспортных средств, которое обусловлено сложностью структуры объекта диагностирования и разнообразием задач, стоящих перед технической диагностикой [83, 23]. Применяемые методы диагностирования условно классифицируются по следующим признакам (рис. 1.10): способ получения информации, вид воздействия на объект, физическая природа контролируемых процессов [84, 30]. Выбор того или иного метода или их совокупности целесообразно осуществлять с учетом следующих требований: обеспечение необходимой полноты контроля и глубины поиска дефекта, которые определяются набором диагностических параметров для каждого вида оборудования; соответствие разрешающей способности метода целям диагностирования; затраты, связанные с реализацией выбранного метода (выбор методов по экономическим оценкам выполняется только в том случае, когда не затрагиваются вопросы безопасности движения); наличие системы сбора, преобразования и передачи информации, а также системы обработки, накопления и отображения результатов диагностирования. В настоящее время, в процессе технического обслуживания и ремонта троллейбусов, по-прежнему, значительное место занимают органолептические методы, основанные на восприятии поступающей информации органами чувств человека. Большинство из них позволяет определить техническое состояние объекта по двухальтернативному признаку «да» - «нет» (наличие световых и звуковых сигналов, элементов крепления, наружных дефектов и т.д.). Однако, в случае необходимости получения количественных характеристик диагностических параметров (сила звука, уровень освещенности и т.д.) эти методы неприемлемы, так как носят субъективный характер. Объективность оценки в этом случае достигается использованием автоматизированных аппаратных средств, построенных на базе метрологических (инструментальных) комплексов. При определении технического состояния по обобщенным параметрам преимущественное применение получили методы функционального диагностирования. Этими методами может быть проверена работоспособность группы компонентов ЭО троллейбуса. Тестовое диагностирование, как правило, находит широкое применение при ремонте электронных блоков тиристорно-импульсной системы управления (регуляторы, инверторы, статические преобразователи) [84]. Физическая природа процессов, используемых для определения технического состояния ЭО троллейбусов, достаточно разнообразна. В последнее время большое внимание уделяется виброакустическим и тепловизионным методам диагностирования [85, 86]. Ультразвуковые и магнитные методы используются, как правило, при дефектоскопии отдельных деталей, позволяют обнаружить наружные и внутренние дефекты (трещины, непровары, шлаковые включения, подрезы и т.д.) [33].
Система бортового электроснабжения и цепи управления
Система низковольтного электроснабжения троллейбусов всех типов включает генератор, аккумуляторную батарею и реле-регулятор. На троллейбусах всех типов установлены кислотные или щелочные никель-кадмиевые аккумуляторные батареи, работающие в буферном режиме параллельно с генератором. Как показали исследования, на долю отказов источников питания низковольтных цепей в общем числе отказов по электрооборудованию троллейбуса приходится до 25 %. Распределение отказов по агрегатам и основным элементам низковольтного оборудования троллейбуса представлена в табл. 2.6. Как видно, только отказы полупроводниковых элементов (транзисторы, диоды) и резисторов можно отнести по характеру проявления к так называемым внезапным. Потеря работоспособности других элементов является следствием постепенного изменения параметров их технического состояния, что позволяет осуществлять предупредительные технические воздействия по управлению этими изменяющимися параметрами. Это крайне важно еще потому, что отрицательные последствия изменения параметров элементов проявляются не только в виде отказов этих элементов, но и в виде возрастающих экономических потерь по мере отклонения параметров от оптимальных значений. Так, наибольший удельный вес по трудовим и материальным затратам на обеспечение работоспособности системы низковольтного электроснабжения имеют аккумуляторные батареи. В то же время срок службы батареи существенно зависит от регулируемого напряжения генератора иг\ уменьшение срока службы аккумуляторной батареи наблюдают как при высоких, так и при низких (по сравнению с оптимальным интервалом) уровнях напряжений.
Никель-кадмиевые аккумуляторные батареи, применяемые на троллейбусах, имеют большую долговечность (до 30 тыс. циклов зарядки-разрядки), чем аккумуляторы других видов (например, кислотных). Однако это преимущество зависит от глубины разряда, а именно: при более глубоком разряде .(что имеет место практически всегда при низком иг) срок службы никель-кадмиевых аккумуляторов значительно уменьшается. При высоких значениях иг идет постоянный перезаряд аккумуляторов, а также интенсивное газовыделение с понижением уровня электролита. Повышенное значение напряжения иг является также причиной сокращения срока службы электрических ламп. По результатам проведенных исследований, установлено, что при повышении иг всего на 5 % от верхней допустимой границы срок службы лампы сокращается в два раза. Следует отметить, что расход низковольтных ламп в троллейбусных парках значительный - так, в троллейбусном парке на 100 инвентарных троллейбусах в течение года заменяют свыше 6.5 тыс. ламп. Причина отклонения иг от первоначально установленного - изменения параметров элементов реле-регулятора и генератора. Так, на реле-регуляторах РР-363, устанавливаемых на троллейбусах ЗиУ, оптимальным интервалом для величины иг считается значения 26.5 - 28.0 В. В процессе эксплуатации троллейбуса выход иг с установленного интервала происходит главным образом из-за изменения напряжения уставки реле напряжения (уменьшение жесткости пружины реле, износ в механической части реле).
Стратегию управления техническим состоянием агрегатов системы низковольтного электроснабжения необходимо выбирать с учетом следующего. Генераторы представляют электрические машины, не имеющие доступа без разборки для контроля коллекторно-щеточного узла и подшипников. В то же время небольшая масса и габариты этих агрегатов, относительно небольшие трудозатраты на их демонтаж с машины делают нецелесообразным применение средств контроля с внедрением системы ремонта этих агрегатов, по состоянию в агрегатном цехе. Предпочтительной является смешанная стратегия - предупредительные ремонтно-обслуживающие воздействия в агрегатных цехах, снятых по наработке генераторов, и периодический контроль их отдельных параметров непосредственно на троллейбусе в промежутках между плановым демонтажем. По такой же стратегии должны обслуживаться реле-регуляторы троллейбусов типа ЗиУ с электромеханическими реле. Другие агрегаты системы низковольтного электроснабжения троллейбусов Тр, ЗиУ необходимо восстанавливать только по результатам контроля их технического состояния. Исключение составляет сезонное обслуживание аккумуляторов.
Определение сроков диагностирования электротехнического комплекса троллейбуса по наработке на отказ
В качестве основной в работе была принята задача оценки сроков диагностики ЭО троллейбуса и уточнение их в сравнении с существующими. Основным материалом для анализа послужил статистический материал неисправностей депо № 2 г. Новосибирска за 2003 год, который представлен в Приложении 1. Согласно [1], осмотры электротехнического оборудования № 0 проводятся по календарному принципу (на 4-й или 7-й день), и, затем, по календарному регламенту (считая, что пробег троллейбуса достаточно равномерен). При этом для заявочных подвижных единиц профилактика становится комбинированной. Во время профилактики основной целью является обнаружение неисправности, способной привести к отказу. Очевидно, что состояние объекта контроля может быть в соответствии с этим одним из трех (рис. 3.1). Основной количественной характеристикой группы любых подобных объектов (в том числе и группы подвижных единиц троллейбуса) является надежность или вероятность безотказной работы P(t) [120]. Она характеризует наиболее вероятную долю работоспособных устройств данной группы в рассматриваемый момент времени t. Очевидно, что функция P{t) является убывающей, так как устройства изнашиваются. Выход устройств из строя в данной группе характеризуется плотностью или интенсивностью отказов X(t). Интенсивность отказов X{t) - есть вероятность отказа устройства за время At, отнесенная к величине интервала At, при условии, что устройство доработало до заданного интервала At (это апостериорная вероятность) [121]. Если охарактеризовать до начала работы устройства вероятность отказа элементы ЭО продолжают стареть и выходить из строя и будут создавать второй, третий и последующие отказы.
Эти отказы будут наступать все быстрее и быстрее после начала нового (от обслуживающего воздействия) пробега и постепенно распределение частоты отказов от пробега приобретёт падающий характер, который хорошо аппроскимируется экспоненциальной функцией. Исследования, проведенные в троллейбусных депо крупных городов - Новосибирска, Барнаула, Томска, Омска подтвердили верность этой теории. На рис. 3.2 представлены экспериментальные графики Р(Ь) для ТЭД, полученные в группе из 20 троллейбусов, участвующих в эксперименте. Как видно из рис 3.2, после ряда обслуживающих воздействий максимальная плотность отказов наступает при меньшем пробеге. Было также установлено в результате анализа статистической информации об отказах, что вероятность безотказной работы P(t) или закон изменения надежности ЭО может меняться в зависимости от степени износа оборудования, то есть числа предшествующих отказов. На рис. 3.3 преведены законы изменения надежности ТЭД троллейбуса ЗиУ в зависимости от его срока эксплуатации при среднем времени наработки на отказ Тс = 60 суток. Нормальный закон (закон Гаусса, кривая 4) справедлив для совершенно новых ТЭД. Для ТЭД после малого числа отказов более справедлив закон Рэлея или равномерный и экспоненциальный (кривые 3, 2,1). Наибольшие ошибки при исходном принятии неверного закона можно определить из графика относительной погрешности в зависимости от заданной надежности [122] (рис. 3.4). Установлено [30], что существующая средняя надежность троллейбуса P{t) не падает ниже 0.8, тогда ошибка в выборе закона изменения надежности ЭО для анализа может составить около 5 Таким образом, можно в дальнейших исследованиях принять надежность ЭО, находящегося в эксплуатации, изменяющуюся по экспоненциальному закону Интенсивность отказов Я оборудования можно определить по статистике отказов как среднюю величину [122]. Полагая, что Я остается величиной постоянной, т.е. Я = Яср, известно [55, 116, 123], что за период эксплуатации оборудования интенсивность его отказов меняется в соответствии с законом рис. 3.5. Не учет этой закономерности на участках / и III приведет к существенной погрешности при назначении срока диагностирования. Если обслуживание ЭО проводят с восстановлением надежности до Р(» 1 в период / (рис. 3.5), когда не закончился поток приработочных отказов, то интенсивность отказа оборудования будет искусственно завышена. Очевидно, что и сроки обслуживающих воздействий будут тоже ошибочно завышены. Если во время профилактики надежность была восстановлена до P\t)«1, периодичность профилактики равна td и проводится она для каждого из N единиц ЭО одной группы равномерно с интервалом td/N, то графики надежности каждого объекта будут иметь вид (рис. 3.6), где приведены качественные зависимости для группы однородных объектов при N = 5 . Естественно, что допущение о восстановлении при профилактике до P{i)«1 является приближённым. В обсуждаемой группе надежность каждого к-то объекта (к = 0,1,2,...,N-1), учитывая, что при изношенном парке преобладает экспоненциальный закон надежности, определяется выражением лучить выражение для Рср . Как показали эксперименты, имеют место ежегодные колебания параметра отказов. В связи с этим существуют доверительные границы, в которых может находиться действительная величина интенсивности отказов рассматриваемого элемента. Доверительные границы определяются для вероятности их соблюдения - отказы есть явления случайные и есть вероятность выхода Я из границ. В связи с этим, используется коэффициент доверия а. Практически принимая, что вероятность невыхода интенсивности
