Введение к работе
Актуальность проблемы. Реформирование железнодорожной отрасли связано с техническим перевооружением всех технологических процессов, повышением эффективности использования подвижного состава
Локомотивное хозяйство является одним из самых капиталоемких в системе ОАО «РЖД» На долю локомотивного хозяйства приходится 12,5 % основных средств железнодорожного транспорта, что составляет 53,6 млрд р, в том числе 42 млрд р - стоимость тягового подвижного состава (ТПС), и 26 % всех эксплуатационных расходов На начало 2007 г свой ресурс выработали более 2700 магистральных и 3200 маневровых тепловозов Модернизация существующего парка локомотивов и создание новых, более экономичных тепловозов должна сопровождаться мерами по обеспечению их качественного содержания за счет совершенствования системы технического обслуживания, текущего и капитального ремонта
Выполнение перевозочной работы до решения проблемы обновления тепловозного парка осуществляется благодаря реализации ряда мер по повышению надежности работы тепловозов за счет широкого внедрения прогрессивных технологий их ремонта с внедрением диагностических средств
Таким образом, актуальность решаемой проблемы определяется существенными затратами, связанными с поддержанием тепловозов в работоспособном состоянии Одним из основных направлений решения существующей проблемы является создание эффективной системы диагностирования тягового подвижного состава, позволяющей снизить затраты на поддержание требуемого уровня надежности
Основные проблемы и задачи отражены в ряде основополагающих документов федеральной целевой программе «Модернизация транспортной системы России (2002-2010 гг) (подпрограмма «Железнодорожный транспорт»)» № 848, утвержденной Правительством Российской Федерации 5 12 2001, «Комплексной программе реорганизации и развития отечественного локомотиво- и вагоностроения, организации ремонта и эксплуатации пассажирского и грузового подвижного состава на период до 2010 г », утвержденной постановлением №11 расширенного заседания коллегии МПС России 23 04 2002, распоряжении Президента ОАО «РЖД» № 181 «Дополнительные меры по повышению уровня обеспечения безопасности движения в локомотивном хозяйстве» от 13 01 2006
Основным направлением работ по совершенствованию системы технического обслуживания и ремонта тепловозов является увеличение межремонтных пробегов, стремление максимально приблизить их предельные значения к технически обоснованному ресурсу базовых деталей и узлов К числу мер, повышающих эффективность эксплуатации тягового подвижного состава, следует отнести масштабное внедрение бортовых, переносных и стационарных средств технического диагностирования узлов и агрегатов, систем с формированием банка данных о состоянии тепловозов и их узлов с целью дальнейшего перехода на систему ремонта и технического обслуживания по фактическому состоянию
Реализация системы ремонта по фактическому состоянию требует наличия объективной и достоверной информации о текущем состоянии узлов и агрегатов тепловоза Получение такого рода информации возможно при использовании комплекса диагностических средств, набор и функциональные возможности которых должны обеспечить необходимую полноту и достоверность диагностирования Решение перечисленных выше задач возможно при условии разработки научно обоснованных подходов к организации диагностического процесса такой сложной электромеханической системы, как тепловоз
Необходимость на современном этапе рационального использования ресурсов, как в области эксплуатации, так и при решении задач организации диагностического процесса определяет актуальность поставленной в работе проблемы
Вопросам повышения надежности и диагностирования локомотивов уже более тридцати лет уделяется большое внимание Многие работы посвящены проработке теоретических и практических вопросов, связанных; с эксплуатацией, ремонтом и диагностированием локомотивов Среди них следует выделить работы таких авторов, как Авилов В Д, Бервинов В И, Беленький А Д, Володин А И, Воробьев А А, Гиоев 3 Г, Горский А В , Гаскаров Д В , Грищенко А В , Григорьев И Б , Жалкин С Г, Исаев И П, Кузьмич В Д, Камаев В А, Кузнецов Т. Ф , Киселев В И, Кюрегян С К , Морозов Г А , Мозгалевский А В., Малоземов Н А , Носырев Д Я , Осяев А Т , Пушка-рев И Ф , Павлович Е С, Подшивалов А Б , Просвиров Ю Б, Симеон А Э , Соколов ,А И, Савоськин А Н, Сковородников Е И, Тартаковский Э Д, Феоктистов В П , Хомич А А , Четвергов В А, Чанкин В В , и др
Значительный вклад в решение названной проблемы внесли и вносят ученые и специалисты ВНИИЖТа, ВНИКТИ, МГУПСа, ПГУПСа, РГУПСа, РГО-ТУПСа, СамГУПСа, ДвГУПСа, ИрГУПСа, ОмГУПСа и ряда других организаций
Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом фундаментальных, поисковых и прикладных научных исследований Омского государст венного университета путей сообщения (№ гр 01 95 00 07235, 02 200 10864, 01 20 02 15423, 0190 0011653)
В диссертационную работу вошли результаты исследований, которые выполнялись автором в соответствии с «Программой развития и технического до-оснащения предприятий локомотивного хозяйства Западно-Сибирской, Красноярской, Восточно-Сибирской и Дальневосточной железных дорог на период 2001-2006 гг»
Целью диссертационной работы является разработка новых научно обоснованных методов повышения эффективности функционирования системы технического диагностирования тепловозов, основанных на формировании рационального комплекса диагностических средств и стратегии их применения, совершенствование метода диагностирования наименее надежных механических узлов тепловоза
Предметом исследования является комплексная система технического диагностирования тепловозов, характеризуемая совокупностью диагностических средств и методов и стратегией их применения
Для достижения указанной цели в диссертационной работе поставлены и решены следующие задачи
1 Осуществлена оценка надежности работы тепловоза как диагностируемой технической системы, состоящей из конечного количества подсистем, узлов и деталей, с целью определения наиболее эффективных методов и средств диагностирования для контроля текущего технического состояния тепловоза и прогнозирования уровня его эксплуатационной надежности и экономичности
2 Разработана математическая модель формирования рационального комплекса диагностических средств и методов, функциональные и технико экономические параметры которых соответствуют фактическому уровню надежности тепловозов, с критериальной оценкой эффективности функционирования сформированной системы диагностирования
3 Предложена стратегия применения диагностических средств, учитывающая информативные параметры диагностируемых подсистем тепловоза и направленная на снижение расходов, связанных с применением средств диагностирования.
4 Усовершенствован способ диагностирования технического состояния механических узлов тепловоза, работающих со смазочным материалом, основанный на использовании математических моделей изнашивания контролируемых деталей, накопления продуктов изнашивания в смазочном материале, алгоритма разделения продуктов изнашивания по группам контролируемых дета лей и оптимизации периодичности контроля концентрации продуктов изнашивания
5 Разработана модель идентификации катастрофического изнашивания контролируемых деталей по скорости нарастания накопленной концентрации
6 Создан комплекс программного обеспечения для практической реализации усовершенствованного способа диагностирования
Методы исследований Теоретические и экспериментальные исследования проведены с использованием методов системного анализа, математического моделирования Разработка математических моделей основана на применении теории математической статистики, корреляционного и регрессионного анализа, информации, нейронных сетей Моделирование исследуемых процессов осуществлялось с использованием разработанных автором программных продуктов в среде TurboPascal и Delphi-б и стандартных прикладных математических пакетов MathCAD и EXEL
Научная новизна работы заключается в следующем.
1 Предложена методика для оценки эффективности функционирования системы технического диагностирования узлов и деталей тепловозов, учитывающая взаимосвязь параметров системы ремонта, параметров надежности работы диагностируемых узлов и технико-экономические характеристики применяемых диагностических средств и методов Предложен критерий для количественной оценки эффективности функционирования системы технического диагностирования, состоящей из принятого комплекса диагностических средств и методов
2 Создана математическая модель для определения границ периодов эксплуатации узлов и систем тепловоза, когда проведение диагностических операций является целесообразным. Предложен критерий для определения границ целесообразного периода диагностирования, учитывающий информативные параметры диагностируемой системы и технико-экономические параметры диагностических средств
3 Разработаны способ оценки степени износа деталей, работающих со смазочным материалом, в котором использованы математические модели изнашивания контролируемых деталей, расчета накопленной концентрации продуктов изнашивания и алгоритм разделения объемов изношенного металла по группам контролируемых деталей
4 Предложена модель идентификации катастрофического износа деталей с использованием математического аппарата теории нейронных сетей
5 Разработан комплекс программного обеспечения для реализации способа диагностирования контролируемых узлов и деталей дизеля Достоверность научных положений и результатов, полученных в диссертационной работе, базируется на корректно использованных положениях теорий математического анализа и моделирования, вероятностей и математической статистики, информации и нейронных сетей Адекватность полученных моделей подтверждена удовлетворительной степенью согласования с результатами экспериментальных исследований Относительная погрешность оценки максимального износа контролируемых деталей, полученная по результатам опытной эксплуатации, составляет от 12 до 16 % по различным группам деталей
Практическая ценность работы. В результате проведенных исследований получены следующие практические результаты
разработана методика, позволяющая оценить эффективность функционирования диагностической системы тепловозов и сформировать рациональный комплекс диагностических средств из предлагаемого производителями перечня, которая учитывает технико-экономические и надежностные характеристики как диагностических средств, так и объекта диагностирования и основана на критерии оценки эффективности функционирования диагностической системы, предложена методика расчета границ периодов эксплуатации тепловоза, на которых проведение диагностических операций является целесообразным, основанная на применении критерия, учитывающего информационные характеристики диагностируемых узлов, разработан способ механизма (КШМ) тепловозного дизеля, основанный на анализе результатов спектрального анализа моторного масла Способ позволяет с минимальными затратами контролировать износовые характеристики лимитирующих деталей тепловозного дизеля и корректировать межремонтные наработки Способ защищен авторским свидетельством и двумя патентами на изобретения, предложена модель идентификации катастрофического изнашивания контролируемых деталей тепловозного дизеля с использованием теории нейронных сетей, которая позволяет установить факт начала приближения предельного состояния контролируемых деталей,
- разработанный способ оценки технического состояния деталей, работающих со смазочным материалом, адаптирован для диагностирования элементов роликовых подшипников, который позволяет в комплексе с тепловым и виброакустическим методами повысить надежность работы буксового узла тепловоза за счет своевременного обнаружения приближающихся отказов, - созданные программные продукты для практической реализации способа диагностирования узлов тепловоза зарегистрированы в ОФАП
Реализация результатов работы.
Способ безразборного контроля износовых характеристик деталей КШМ и ЦПГ тепловозного дизеля используется на Западно-Сибирской железной дороге — филиале ОАО «РЖД» - в дорожной лаборатории спектрального анализа и на предприятиях промышленного транспорта - в локомотивном депо ОАО «Кузнецкпогрузтранс»
Способ контроля технического состояния роликовых подшипников букс локомотивов используется на Западно-Сибирской железной дороге в дорожной лаборатории спектрального анализа
Методика оценки эффективности функционирования системы диагностирования локомотивов прошла опытное внедрение в локомотивном депо ОАО «Кузнецкпогрузтранс»
Программная реализация способа контроля технического состояния деталей тепловозного дизеля и элементов роликовых подшипников используется в учебном процессе в ОмГУПСе при проведении лабораторных занятий по дисциплине «Техническое диагностирование локомотивов» и при дипломном проектировании
Методики оценки эффективности функционирования системы диагностирования и расчета границ целесообразного периода диагностирования тепловоза используются для проведения лабораторных работ в рамках дисциплины «Основы технического диагностирования»
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и были одобрены на межвузовской научно-практической конференции с международным участием (Самара, 1993), научно-практической конференции «Ресурсосберегающие технологии на предприятиях Западно-Сибирской железной дороги» (Омск, 1999), международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы создания и эксплуатации комбинированных двигателей внутреннего сгорания» (Хабаровск, 2002), международной научной конференции «Актуальные проблемы развития транспорта Рёссии стратегические, региональные, технические» (Ростов-на-Дону, 2004), международной конференции «Энергосберегающие технологии и окружающая среда» (Иркутск, 2004), всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте» (Красноярск, 2005), расширенном заседании комиссии УМО по специальности «Локомотивы» (Омск, 2006) Публикации. По материалам диссертации опубликовано 46 печатных работ, в том числе две монографии (одна - в соавторстве), 35 статей (из них 12 - в изданиях, определенных министерством образования и науки России), семь материалов конференций (из них четыре - на международных, всесоюзных и всероссийских), два патента на изобретение Три программных разработки зарегистрированы в ОФАП
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, восьми разделов, заключения, списка использованной литературы, приложений
