Введение к работе
Актуальность исследования. В настоящее время актуальным остается вопрос обеспечения безопасности и бесперебойности функционирования железнодорожного транспорта при одновременном повышении качества перевозочного процесса и снижении затрат на поддержание высокого уровня надежности. В силу значительного износа подвижного состава, в частности электропоездов, обеспечивающих отправку 90 % пассажиров, особую важность получает задача повышения качества ремонта и обслуживания парка подвижного состава в депо. Текущий уровень качества обслуживания и ремонта является недостаточным, что подтверждается большим числом браков, отказов и повреждений электропоездов в пути следования, обусловленных развитием скрытых неисправностей в оборудовании. В свою очередь развитие скрытых неисправностей является следствием отсутствия наблюдаемости технического состояния оборудования.
Таким образом, задача исследования, разработки и внедрения средств технического диагностирования, обеспечивающих наблюдаемость технического состояния сложного, ответственного и наиболее повреждаемого оборудования подвижного состава, является актуальной и нашла отражение в Стратегии развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года, утвержденной распоряжением Правительства РФ № 877р от 17.06.2008 г., и в Функциональной стратегии обеспечения гарантированной безопасности и надежности перевозочного процесса, утвержденной распоряжением ОАО «РЖД» № 987р от 29.05.2007 г.
Обладая арсеналом средств обеспечивающих наблюдаемость и, как следствие, управляемость технического состояния оборудования, можно повысить качество ремонта, максимально полно использовать заложенный в оборудовании ресурс, снизить издержки и ускорить реконструкцию системы обслуживания и ремонта подвижного состава на эффективной ресурсосберегающей основе.
Диссертация выполнялась в соответствии с задачами подпрограммы развития транспортного машиностроения «СибМашТранс», входящей в состав межрегиональной инновационной программы освоения производства высокотехнологичной продукции на предприятиях промышленного комплекса Сибирского Федерального округа «Сибирское машиностроение», а также хоздоговорных работ, проводимых ООО НПЦ «Динамика» в 2005-2011 гг. в рамках инвестиционных проектов ОАО «РЖД»: «Дооснащение моторвагонных депо до уровня технического регламента» и «Внедрение ресурсосберегающих технических средств и технологий на железнодорожном транспорте».
Цель диссертационной работы – повышение эксплуатационной готовности и производственной технологичности электропоездов путем разработки и внедрения системы диагностирования технического состояния цепей управления, силовых и вспомогательных электрических цепей (ЭЦ) электропоездов.
Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач:
1. Провести выбор диагностических признаков неисправностей, исследовать их изменение в зависимости от режимов функционирования ЭЦ электропоездов, выявить режимы, обеспечивающие наибольшую различающую способность неисправностей по выбранным диагностическим признакам.
2. Разработать математические модели, устанавливающие связь между внешними воздействиями, диагностическими признаками и дефектами, определяющими техническое состояние ЭЦ электропоездов.
3. Разработать методику оценки технического состояния ЭЦ электропоездов (методику диагностирования) по выбранным диагностическим признакам, реализующие методику способы и алгоритмы.
4. Создать аппаратно-программный комплекс и технологию его применения в технологических циклах ремонта электропоездов, реализующие методику диагностирования.
5. Провести внедрение результатов работы на предприятиях ОАО «РЖД», оценить адекватность предложенных моделей и алгоритмов, эффективность применения разработанных методик, средств и технологии в условиях моторвагонных депо.
Методы исследования. Выбор объекта исследования проведен на основе анализа браков, отказов и повреждений подвижного состава. Теоретические исследования и математическое моделирование основаны на изучении схемотехники и конструктивных особенностей ЭЦ электропоездов с использованием методов анализа аналоговых и дискретных цепей, математического аппарата алгебры логики, методов диагностирования дискретных объектов. Анализ режимов функционирования ЭЦ проведен с помощью специализированного программного продукта для моделирования дискретных и аналоговых устройств Multisim компании Electronics Workbench, а также с помощью разработанных, метрологически аттестованных, сертифицированных и внедренных на предприятиях ОАО «РЖД» систем КОМПАКС производства НПЦ «Динамика». Обработка результатов экспериментальных исследований производилась на ЭВМ с помощью общего и специального программного обеспечения.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Разработаны математические модели, описывающие связь между вектором воздействий, вектором диагностических признаков и дефектами, определяющими техническое состояние ЭЦ электропоездов.
2. Установлены закономерности изменения диагностических признаков неисправностей цепей управления, силовых и вспомогательных цепей секций электропоездов в различных режимах функционирования ЭЦ.
3. Предложен принцип совместного функционально-тестового диагностирования цепей управления, силовых и вспомогательных электрических цепей электропоездов.
4. Синтезирована база знаний, связывающая отклонения диагностических признаков и неисправности различных элементов ЭЦ электропоездов и включающая в себя рассчитанные значения границ различия технических состояний по каждому диагностическому признаку.
Достоверность и обоснованность положений и выводов подтверждена моделированием на ЭВМ, результатами экспериментальных исследований, проведенных на действующих электропоездах, а также практическим внедрением результатов работы на предприятиях ОАО «РЖД». Расхождение между результатами моделирования и данными натурных экспериментов не превышает 7 %.
Практическая ценность диссертации заключается:
1. в создании и внедрении системы диагностирования технического состояния цепей управления, силовых и вспомогательных электрических цепей электропоездов, включающей в себя аппаратно-программный комплекс, позволяющий диагностировать секции электропоездов 15 серий (ЭР2, ЭР2Р, ЭР2Т, ЭД2, ЭД2Т, ЭД4, ЭД4М, ЭД4МК, ЭТ2, ЭТ2М, ЭР9Т, ЭД9, ЭД9Т, ЭД9М, ЭД9МК), и технологию его применения в технологических циклах ремонта;
2. в повышении эксплуатационной готовности и производственной технологичности электропоездов, выражающейся в сокращении количества отказов на линии по причине неисправностей ЭЦ, в снижении количества и сложности операций контроля состояния и наладки оборудования электропоездов более чем в семь раз, в сокращении трудо-, энерго- и материалоемкости ремонта, обеспечивающих сокращение времени простоя секций электропоездов на ремонте не менее чем на 30 %;
3. предложенные методики и средства могут быть адаптированы для диагностирования технического состояния ЭЦ электропоездов других серий, а также других сложных технических систем, например, ЭЦ электровозов, тепловозов, подвижного состава метрополитена и городского наземного электрического транспорта.
Реализация результатов работы. Разработанная методика, реализующие ее алгоритмы, а также аппаратно-программный комплекс диагностирования технического состояния ЭЦ электропоездов и технология его применения внедрены на ряде предприятий ОАО «РЖД» в составе системы комплексного диагностирования КОМПАКС-ЭКСПРЕСС-ТР3.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на ежегодных региональных научно-практических конференциях «Наука. Образование. Бизнес» (Омск, 2007-2009, 2011), на 8-й международной конференции «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности» (Москва, 2009), на 6-й международной конференции «Condition Monitoring and Machinery Failure Prevention Technologies» (Дублин (Ирландия), 2009).
Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 18 научных работах из них пять статей – в изданиях перечня, определенного ВАК Минобрнауки РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов, списка использованных источников из 217 наименований и приложения. Основной материал изложен на 172 страницах и содержит 15 таблиц и 64 рисунка.
