Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Постановка проблемы и задачи исследования 12
Глава 2. Анализ и оптимизация системы ремонта и технического обслуживания тягового подвижного состава 21
2.1. Основные направления научно-технического развития и совершенствования системы эксплуатации и ремонта тягового подвижного состава 21
2.2. Анализ зарубежного опыта организации и технического содержания подвижного состава 29
2.3. Организация и основные тенденции развития системы технического обслуживания и ремонта тягового подвижного состава российских железных дорог 40
Глава 3. Методы и алгоритмы диагностики тягового подвижного состава 49
3.1. Классификация средств диагностики тягового подвижного состава 49
3.2. Оценка достоверности результатов технической диагностики тягового подвижного состава 61
3.2.1. Вероятностная оценка достоверности диагностирования 64
3.2.2. Количественная оценка достоверности результатов диагностирования 74
3.3. Метод и алгоритм принятия решения о постановке тягового подвижного состава на техническое обслуживание или ремонт с учетом фактического состояния 77
3.4. Мониторинг системы эксплуатации, технического обслуживания и ремонта тягового подвижного состава 88
Глава 4. Техническое диагностирование тягового подвижного состава 99
4.1 Общие принципы диагностирования тягового подвижного состава 99
4.2 Диагностика высоковольтного оборудования электровозов постоянного тока 103
4.3. Алгоритмы и структура комплекса вибродиагностики механических узлов тягового подвижного состава 109
4.4. Общие алгоритмы и структура комплекса диагностики технического состояния дизель-генераторной установки тепловоза 116
Глава 5. Комплексная информационно- измерительная система технического обслуживания и ремонта колесных пар тягового подвижного состава 135
5.1. Структура комплексной информационно-измерительной системы технического обслуживания и ремонта колесных пар тягового подвижного состава в депо 135
5.2. Методы автоматизированного измерения параметров колесных пар при движении тягового подвижного состава 139
5.2.1. Постановка задачи оперативного контроля элементов колесных пар 139
5.2.2. Бесконтактные методы измерения диаметра колеса при движении 142
5.3. Автоматизированная система обмера колесных пар АСОК-1 155
5.3.1. Назначение, основные элементы, общие алгоритмы 155
5.3.2. Построение профиля гребня колесной пары 169
5.3.3. Измерение и вычисление параметров колесной пары 173
5.3.4 Структура системы 188
5.4. Результаты опытной эксплуатации измерительной системы 195
Основные результаты исследований, выводы и заключение 199
Список литературы 202
Приложение 1. Устройства диагностики и измерения геометрических параметров колесных пар при движении подвижного состава 223
Приложение 2. Технология работы системы АСОК-1 231
- Анализ зарубежного опыта организации и технического содержания подвижного состава
- Оценка достоверности результатов технической диагностики тягового подвижного состава
- Диагностика высоковольтного оборудования электровозов постоянного тока
- Методы автоматизированного измерения параметров колесных пар при движении тягового подвижного состава
Введение к работе
Основным содержанием и главной задачей диссертационного исследования является научное обоснование и разработка перспективных направлений совершенствования действующей на железнодорожном транспорте системы технического обслуживания и ремонта тягового подвижного состава для снижения издержек, повышения надежности и эффективности использования всех видов ресурсов. Научные обоснования и технические решения, предложенные при решении этой проблемы, включают в себя методы и алгоритмы комплексной диагностики подвижного состава. Особое внимание уделено разработке методов и алгоритмов для принятия решения о постановке подвижного состава на ремонт и техническое обслуживание, мониторинга системы его содержания, количественной оценке потребности в технических средствах, методологии определения достоверности результатов диагностики. Предложены основные направления создания средств контроля и диагностики состояния ответственных узлов оборудования железнодорожного подвижного состава.
Актуальность проблемы исследования определяется необходимостью совершенствования существующей системы ремонта и технического содержания тягового подвижного состава с целью снижения эксплуатационных расходов, обеспечения уровня надежности технических средств, особенно наиболее ответственных узлов, отказы которых могут привести к нарушению требований безопасности движения. Представленное исследование и выполненные на его основе практические разработки определяются общим требованием сокращения затрат на перевозки, что соответствует основным целям и задачам структурной реформы железнодорожного транспорта. Актуальность работы определяется тем, что научно-техническое развитие в создании контрольно-измерительных приборов и диагностических систем достигло уровня, позволяющего перейти к комплексам технического диагностирования, которые
способны обеспечить возможность ремонта и технического обслуживания подвижного состава с учетом фактического технического состояния.
Учитывая особые требования, предъявляемые к тем узлам и оборудованию тягового подвижного состава, которые оказывают существенное влияние на безопасность движения и, следовательно, являются особо ответственными, решение проблемы нацелено в первую очередь на эти подсистемы (колесная пара, колесно-моторный блок, высоковольтное оборудование, дизель-генератор
и др.).
Степень разработанности проблемы определяется ранее выполненными фундаментальными исследованиями по общей теории диагностики и ее практическими приложениями (П.П. Пархоменко, А.Г. Соколов, А.В. Мозгалевский, В.В. Карибский, Е.С. Согомонян, М.Д. Глущенко, В.П. Феоктистов, З.Г. Гиоев), а также прикладными исследованиями, которые являются продолжением и развитием фундаментальных разработок по конкретным проблемам железнодорожного транспорта. Наиболее значимые прикладные разработки по технической диагностике выполнены в Московском, Петербургском, Дальневосточном, Омском, Ростовском государственных университетах путей сообщения, Российском государственном открытом техническом университете путей сообщения, ВНИИЖТе, ВНИКТИ (г. Коломна), центре «Транспорт» МПС России.
Учеными железнодорожных ВУЗов и НИИ проработаны основные вопросы, касающиеся создания и применения контрольно-диагностических устройств и систем, необходимых для определения фактического технического состояния тягового подвижного состава, которое необходимо учитывать при совершенствовании существующей системы планово-предупредительных ремонтов.
В данном исследовании автор при помощи предлагаемых методов, алгоритмов, моделей и технических решений определяет основные направления совершенствования системы ремонта и технического обслуживания тягового подвижного состава железных дорог на основе регламентированного использования методов и технических средств диагностики.
Цель и задачи исследования.
Основной целью работы является повышение эффективности функцио-нирования железнодорожного транспорта за счет применения научно обоснованных технических и технологических решений построения системы ремонта тягового подвижного состава с учетом его фактического технического состояния на основе регламентированного применения средств диагностики.
Цель работы состоит также в максимально возможном использовании достижений научно-технического прогресса для решения конкретных задач по совершенствованию системы ремонта и эксплуатации тягового подвижного состава железных дорог.
Для достижения поставленной цели решаются следующие научные задачи:
- обоснование возможности совершенствования системы ремонта и
технического обслуживания тягового подвижного состава с учетом техническо
го состояния его основных узлов и оборудования, обеспечивающей требуемый
уровень надежности подвижного состава на основе регламентированного
применения средств диагностики;
- разработка системы классификации средств диагностики;
- разработка методики вероятностной и количественной оценки
достоверности результатов диагностирования основных узлов и
оборудования;
- разработка метода и алгоритма принятия решения о постановке
тягового подвижного состава на ремонт с учетом фактического состояния и
вероятностного характера факторов, воздействующих на технические средства
в эксплуатации;
- разработка методики мониторинга системы эксплуатации и ремонта
тягового подвижного состава с применением средств технической диагностики
и прогнозирования ресурса;
- создание опытных образцов контрольно-диагностических средств определения фактического технического состояния тягового подвижного состава, регистрации, обработки и мониторинга получаемой информации.
Объект диссертационного исследования - система технического содержания тягового подвижного состава железных дорог, диагностические устройства, созданные с применением информационных технологий, обеспечивающие в перспективе переход на техническое обслуживание и ремонт с учетом фактического технического состояния его оборудования.
Предметом исследования являются методы, алгоритмы и модели для решения задач создания комплексных систем технической диагностики тягового подвижного состава.
Теоретико-методологическую основу диссертации составляют базовые положения теории надежности технических систем, общей теории управления, информатики, технической диагностики, теории моделирования и прогнозирования.
Методы исследования базируются на анализе систем организации технического обслуживания и ремонта, моделировании диагностических устройств, разработке алгоритмов, методов диагностики, мониторинге систем диагностики и содержания тягового подвижного состава с использованием современных информационных технологий. Это позволяет выполнить интегральную оценку результатов диагностики, согласовать реализуемый уровень достоверности с требованиями, которые определяются нормативными документами по ремонту и техническому обслуживанию тягового подвижного состава.
Экспериментальные прикладные исследования направлены на практическое применение методов и алгоритмов диагностики тягового подвижного состава при создании систем для определения технического состояния ответственных узлов и оборудования.
8 Научная новизна. Научную новизну диссертации представляют:
Модель системы ремонта и технического обслуживания тягового под-вижного состава с учетом фактического технического состояния на основе регламентного использования средств диагностики.
Модели и теоретическое описание процессов диагностики оборудования тягового подвижного состава, разработанные с применением вероятностных методов.
3. Методы вероятностной и количественной оценки достоверности
результатов диагностических исследований.
Правило и алгоритмы его реализации для принятия решения о проведении технического обслуживания или ремонта, разработанные на основе оценки интенсивности отказов и стоимостных показателей ремонтно-восстановительных работ основных узлов тягового подвижного состава.
Принципы построения сложных диагностических систем для многокомпонентных узлов, алгоритмы их функционирования, перечень параметров для определения фактического технического состояния тягового подвижного состава.
Правила и методика расчета изменения показателей диагностических признаков для определения остаточного ресурса сложных узлов тягового подвижного состава.
Модели и алгоритмы функционирования измерительной системы автоматического бесконтактного измерения геометрических параметров движущихся колесных пар тягового подвижного состава методом ультразвуковой даль-нометрии, разработанные с учетом их перекоса на рельсовом пути.
9 Практическая ценность диссертации состоит в том, что:
обоснована возможность применения диагностических комплексов для совершенствования существующей системы технического обслуживания и ремонта тягового подвижного состава;
разработаны практические рекомендации для построения системы ремонта тягового подвижного состава с учетом фактического технического состояния на основе регламентированного применения диагностических устройств, обеспечивающих контроль нормируемых параметров и прогнозирование ресурса;
разработаны диагностические комплексы для определения технического состояния: электрических цепей электровозов, колесно-моторных блоков, дизель-генераторных установок тепловозов, геометрических параметров колесных пар тягового подвижного состава, опытные образцы которых внедрены в локомотивных депо российских железных дорог и обеспечивают контроль оборудования в соответствии с требуемыми нормативами.
Реализация результатов работы.
Результаты диссертационной работы реализованы при разработке отраслевых нормативных технических документов железнодорожного транспорта:
Технический регламент «Оснащение предприятий локомотивного хозяйства средствами технического диагностирования и неразрушающего контроля» РД 32 ЦТ 530-2002 (Утв. распоряжением МПС России нр.747Р от 27.06.2002г.);
«Порядок сертификации средств неразрушающего контроля по показателям применения» П ССФЖТ 42-2003;
«Порядок сертификации средств технической диагностики, контролирующих показатели безопасности технических средств железнодорожного транспорта» П ССФЖТ 48-2003;
Результаты разработки теоретических и прикладных задач диссертации представляют собой инструмент совершенствования системы ремонта тягового
подвижного состава с учетом информации о фактическом техническом состоянии на основе регламентного использования диагностических комплексов.
Достоверность основных выводов и рекомендаций по работе определяется и характеризуется соответствием результатов, полученных в процессе моделирования и создания образцов средств технической диагностики, результатам их опытной эксплуатации. Внедренные диагностические устройства обеспечивают контроль основных узлов механического и электрического оборудования тягового подвижного состава в соответствии с требуемыми нормативами.
Достоверность полученных результатов исследований подтверждается положительным опытом эксплуатации разработанных диагностических комплексов и сходимостью результатов моделирования с данными, полученными экспериментальным путем.
Практическая апробация диссертации. Результаты научных исследований и реализации практических разработок докладывлись на: Международной конференции «Состояние и перспективы развития электровозостроения в стране» (Новочеркасск, АО ВЭлНИИ, 1995 г.); Научно-методической конференции «Современные научные аспекты функционирования транспортного комплекса и развитие его кадрового потенциала» (Москва, РГОТУПС, 1995 г.); Региональной научно-технической конференции «Системы радиоэлектроники, связи и управления», посвященной 100-летию изобретения радио и 75-летию УГТУ-УПИ (Екатеринбург, УГТУ - УПИ, 1995 г.); IX Международной конференции «Проблемы механики железнодорожного транспорта - Динамика, надежность и безопасность тягового подвижного состава» (Днепропетровск, ДИИТ, 1996 г.); II Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта» (Москва, 1996 г.); II Международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электроподвижного состава» (Новочеркасск, 1997 г.); Научно-технической конференции, посвященной 65-летию университета «Проблемы железнодорожного транспорта и транспортного строительства Сибири» (Новосибирск, СГУПС, 1997 г.); II Всероссийской научно-технической конференции «Информацион-
11 ные технологии и электроника» (Екатеринбург, УГТУ - УПИ, 1997 г.); научно-практической конференции «Современные проблемы хозяйствования на желез-нодорожном транспорте» (Челябинск, 1998 г.); Всероссийской научно-технической конференции «Информационные технологии и электроника» (Екатеринбург, УГТУ - УПИ, 1998 г.); Юбилейной научно-технической конференции, посвященной 120-летию Свердловской железной дороги «Железнодорожный транспорт сегодня и завтра» (Екатеринбург, УрГУПС, 1998 г.); Всероссийской научно-технической конференции «Информационные технологии, системы управления, электроника» (Екатеринбург, УГТУ - УПИ, 1998 г.); региональной научно-практической конференции «Транссиб-99» (Новосибирск, СГУПС, 1999); заседаниях кафедры «Электрическая тяга» УрЭМИИТа, Ур-ГАПС, УрГУПСа (Екатеринбург, 1992, 1999, 2000 гг.), международной научно-технической конференции «Проблемы и пути реализации научно-технического потенциала военно-промышленного комплекса» (Киев, ATM Украины, 2000 г.); международной научно-технической конференции «Надежность машин, механизмов, оборудования» (Карпаты, п. Славсское, ATM Украины, 2000 г.); IV научно-практической конференции «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте» (Москва, 2001 г.); IV научно-практической конференции «Безопасность движения поездов» (Москва, МГУПС - МИИТ, 2003 г.); Всемирном конгрессе по исследованиям железнодорожного транспорта (WCCR 2003, Великобритания, Шотландия, Эдинбург); технических совещаниях в МПС России.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и двух приложений. Работа представлена на 250 страницах, включает 8 таблиц, 39 рисунков и два приложения на 28 страницах. Библиография содержит 193 наименования.
Публикации. По результатам научных исследований и опытной эксплуатации образцов технических средств диагностики опубликована монография, 66 печатных работ в виде статей, докладов, тезисов докладов, в т.ч. получено 1 авторское свидетельство на изобретение.
Анализ зарубежного опыта организации и технического содержания подвижного состава
Качество конструкции подвижного состава определяется достигаемыми основными эксплуатационными показателями. Принцип организации превентивного ремонта предполагает периодическое поступление подвижного состава в депо или на ремонтный завод при достижении им, заданных по времени или пробегу, предельных нормативных значений, устанавливаемых на основе накопленного опыта и анализа статистики отказов [172, 187, 192]. Оптимизация межремонтных сроков осуществляется в соответствии с требованиями обеспечения работоспособности подвижного состава и характеризуется тем, что в идеальном случае регламентные работы выполняются непосредственно перед наступлением предельного износа данного узла. Внедрение бортовых и стационарных средств диагностики позволяет автоматизировать сбор и анализ причин отказов, оптимизировать систему обслуживания и ремонта.
При использовании сложных деталей и узлов, содержащих электронные и микропроцессорные устройства, понятие измерения износа теряет смысл, а их работоспособность невозможно определить визуально. Поэтому применяют методы косвенного определения износа отдельных узлов и агрегатов с использованием бортовых и стационарных средств диагностики [13, 15, 16, 62, 87, 126, 177, 179, 185].
На зарубежном подвижном составе бортовая диагностика развивается по двум основным направлениям.
Первое - контроль состояния и оперативное предоставление обслуживающему персоналу информации о возникающих неисправностях и о мерах, которые следует предпринять по их устранению или ограничению. Второе - регистрация, накопление, классификация неисправностей, оперативная передача информации в депо, для организации замены неисправной де-тали или узла, а также для анализа отказов [173,179,193].
От конструктивных особенностей узлов и оборудования подвижного состава зависят расходы на их ремонт и техническое обслуживание.
Эксплуатировать и доводить в эксплуатации плохо разработанную конструкцию на серийном подвижном составе трудно и дорого, поэтому обеспечивается обратная связь оптимизации межремонтных сроков с совершенствованием конструкции подвижного состава, исходя из установленного для него срока службы (ресурса). Анализ неисправностей эксплуатируемого подвижного состава и затраты на ремонт узлов и агрегатов учитывается при проектировании нового подвижного состава для решения задач повышения надежности и снижения стоимости его полного жизненного цикла. Фирмы-производители при комплексном решении проблем создания нового подвижного состава большое внимание уделяют разработке технологий и устройств его технического обслуживания и ремонта. Эта задача комплексно и оптимально решается именно на этапе проектирования и изготовления локомотивов и вагонов.
Железные дороги влияют на оптимизацию эксплуатационных свойств подвижного состава, устанавливая технические требования и нормы на его проектирование, техническое обслуживание и ремонт.
Поскольку техническое содержание современного подвижного состава связано с большими расходами и требует обеспечения сложнейших технологий, применяются альтернативные модели его ремонта другими (не железнодорожными) предприятиями при устойчивой обратной связи с содержанием в эксплуатации.
В Испании поезда производства фирмы TALGO являются собственностью испанских железных дорог RENFE, а их техническое обслуживание обеспечивает на договорной основе фирма-изготовитель. При этом предусматривается проведение ежедневных технических осмотров, планово-профилактических и капитальных ремонтов. Ежедневные осмотры проводятся поездным механиком фирмы в пути следования и в стационарных условиях на конечных станциях [173, 179].
Изменения ситуации на рынке подвижного состава, где объем продаж в последние годы относительно стабилизировался, стимулировали крупнейшие компании, такие, как Alstom, Bombardier, Siemens, Adtranz, поставляющие железнодорожную технику, на поиск путей получения дополнительных доходов в сфере послепродажного (как в течение, так и по истечении гарантийного срока) сервисного технического обслуживания и ремонта.
В Великобритании практически все поставщики подвижного состава для железнодорожных компаний-операторов вовлечены в деятельность по его техническому обслуживанию и ремонту, причем не только своей техники но, зачастую, и «чужой» постройки. Вопросы технического обслуживания и ремонта учитываются и решаются непосредственно в процессе проектирования подвижного состава. Цена новой железнодорожной техники учитывает стоимость всего жизненного цикла, включая косвенно затраты на все виды обслуживания и ремонта, что в наибольшей степени проявляется в системе лизинга (долгосрочной аренды).
Компания Alstom, для технического обслуживания и ремонта подвижного состава своей постройки, создала в железнодорожных депо сеть специальных центров - Traincare. Поезда обслуживаются и ремонтируются по специальной программе Total Trainlife Management (ТТМ), предусматривающей проведение регламентных работ в зависимости от текущего срока эксплуатации и фактического технического состояния обслуживаемого оборудования [182, 186, 193]. Сеть специализированных предприятий по техническому обслуживанию и ремонту подвижного состава распространена в 21 государстве. Численность занятого на них персонала составляет около 7500 чел. Компания реализует собственную программу, совершенствования системы ремонта, которая включает в себя: - проектирование нового подвижного состава с учетом опыта эксплуатации старого; - разработку и реализацию прогрессивной системы технического обслуживания и ремонта; - модернизацю эксплуатируемого подвижного состава; - обеспечение запасными частями.
Специалисты компании полагают, что с учетом установленного срока службы железнодорожного подвижного состава в 30 лет, имеет смысл затратить дополнительно 2-3 года на то, чтобы во время проектирования более тщательно отработать его конструкцию, технологию изготовления, систему послепродажного сервиса. Это позволяет гарантировать надежную работу подвижного состава нового поколения и снижение суммарных затрат в течение жизненного цикла.
Компания Bombardier ведет работы по повышению надежности и эксплуатационной готовности нового подвижного состава и незамедлительно устраняет уязвимые места. При обновлении парка компании Virgin Trains, путем ввода в эксплуатацию новых и модернизации эксплуатирующихся поездов, за 3 года удалось повысить коэффициент готовности на 10%.
Оценка достоверности результатов технической диагностики тягового подвижного состава
На железнодорожном транспорте существует проблема оценки достоверности (определения степени доверия) результатов диагностики подвижного состава. На предприятиях отрасли оценки проводятся по различным методикам, зачастую значительно отличающимся друг от друга. Такие методики не учитывают многообразие факторов и параметров, не учитывают их взаимное влияние, поэтому результаты оценки по достоверности и эффективности функционирования средств технической диагностики несопоставимы. Сравнивать количественные оценки достоверности, экономической эффективности и вероятности выдачи правильной рекомендации после диагностирования без специальных методик не представляется возможным. Ошибочно оценивать достоверность и эффективность работы средств диагностики по результатам исследования единичных узлов (зачастую этот метод лежит в основе проведения всех конкурсных испытаний и отдельных проверок). С точки зрения математической статистики анализ единичных выборок не является представительным, а оценки, построенные на таком исходном материале, далеки от истины [48, 54].
Известно, что эффективность внедрения средств технической диагностики непосредственно связана с показателем достоверности диагностирования. Под достоверностью диагностирования принято понимать количественную оценку степени соответствия результатов диагностирования действительному (фактическому) техническому состоянию объекта. Эта оценка является вероятностной, поэтому не должна рассчитываться по результатам исследования одного объекта. Для определения достоверности необходимо накопление статистического материала. В расчетах следует принимать во внимание все сопутствующие и субъективные факторы, которые могут оказать решающее влияние на результаты диагностирования. К таким факторам относятся квалификация оператора, соблюдение установленной технологии диагностирования, обеспечение внешних условий и ряд других [60]. Поэтому при определении показателя достоверности предполагается, что все необходимые условия проведения диагностирования полностью соблюдаются.
Диаграмма состояний исследуемого объекта может быть представлена в виде простейшего направленного графа [93, 100, 108, 148], в котором в результате диагностического исследования узел может быть признан годным или забракован (обозначен соответственно Г или Б).
Для выполнения условия (2) необходимо высокое качество, как диагностического оборудования, так и технологии исследования, которое можно оценить допустимой вероятностью ошибки диагностирования Рд. Эту величину можно определить экспериментально по эталонному образцу методом многократных испытаний. Программа таких испытаний традиционна: к входу диагностирующей системы подключается эталонный образец, после чего проводятся его многократные испытания при заданных режимах работы. Если количество испытаний равно
С позиций оценки достоверности предложенного метода целесообразно использовать эталон дефекта, но на практике создание такого эталона достаточно сложно. Это связано с двумя причинами. Во-первых, такой эталон должен быть документально утвержден, стандартизирован, а также должен периодически поверяться на более совершенном эталоне. Во-вторых, поскольку дефекты обычно носят развивающийся характер, задача создания эталонного дефекта становится еще более проблематичной.
Диагностика высоковольтного оборудования электровозов постоянного тока
Исследования и работы по созданию комплекса диагностики высоковольтного оборудования электровозов постоянного тока были выполнены с участием автора группой ученых и специалистов на Свердловской железной дороге в 1989-1990 гг.
Современные средства диагностики сложного силового электротехнического оборудования, работающего под напряжением до 4 кВ, позволяют: - объективно оценивать техническое состояние объекта, т.е. локомотива в целом, так и его составных частей; - создать и на протяжении всего срока службы вести «электронный» паспорт каждого локомотива и входящего в него оборудования; - прогнозировать остаточный ресурс агрегатов, обосновано планировать сроки последующих ремонтов и в перспективе перейти от планово-предупредительных ремонтов к системе технического обслуживания «по состоянию»; - повысить качество и снизить продолжительность ремонтов; - уменьшить число отказов; - снизить расходы на эксплуатацию и ремонты оборудования.
Диагностика электрических машин и аппаратов электровоза осуществляется в ручном, полуавтоматическом или автоматическом режиме [23, 66].
В качестве основных параметров оценки технического состояния высоковольтного оборудования приняты: электрическая прочность изоляции, сопротивление изоляции высоковольтных цепей, переходное сопротивление контактов коммутирующих устройств, омическое сопротивление обмоток и цепей электрических машин и аппаратов электровоза, уставки срабатывания защитной аппаратуры по напряжению, току или времени.
Коэффициента абсорбции (К абс. min, К a6c. max) 106 Приведенными критериями возможности комплекса диагностики далеко не исчерпываются. Возможно не только измерение, но и оценка обобщенных характеристик оборудования, например, I ,- [/, U ЙСП. / (0] или R пер./ [t, І пер.і (0L а так же применение различных критериев оценки состояния оборудования на основе различных представлений этих характеристик [168].
Общее число единиц высоковольтного оборудования, диагностируемого по приведенным выше критериям, превышает 100 для каждой секции электровоза. Поэтому при разработке структуры комплекса и методик диагностики за основу были взяты групповые и автоматизированные проверки [174,178,182].
Для осуществления диагностики в каждой секции электровоза выбраны 17 контрольных точек для подачи стимулирующих проверочных сигналов и измерения параметров высоковольтного оборудования. Диагностика оборудования проводится в «щадящем режиме»: вначале тестируется сам комплекс диагностики, затем проверяется последовательность работы устройств и аппаратов во времени; все высоковольтные проверки начинаются с малых испытательных напряжений, при этом контролируется величина тока утечки и наличие частичных разрядов в электрической изоляции.
Пульт управления диагностической системы обеспечивает связь между ПЭВМ и аппаратной частью комплекса, обеспечивает дистанционное включение, выключение и контроль состояния стоек, а также голосовую связь с помощью переговорного устройства между оператором ПЭВМ и электромехаником, находящимся в районе проверяемого электровоза. Пульт управления выполнен на основе специального микроконтроллера и интегральных микросхем средней и высокой степени интеграции.
Методы автоматизированного измерения параметров колесных пар при движении тягового подвижного состава
Анализ нормативных документов показывает, что в задаче оперативного контроля элементов колесных пар можно выделить четыре основных направления, различающихся методами решения.
Первое направление - разработка методов определения нормальных изно-сов колесных пар. Характерной особенностью появления этих дефектов является то, что они располагаются по всему кругу катания, и поэтому могут быть оценены в любом, произвольном сечении колеса [20, 109, 158, 163]. Возможная неравномерность износа по кругу катания оценивается путем измерения параметров в нескольких сечениях.
Второе направление - разработка методов определения дефектов по кругу катания. Размеры дефектов, подлежащих определению методом измерения, имеют величину порядка 10 мм в плоскости, т.е. в направлении касательной к поверхности катания колеса и l-s-2 мм по глубине. Дефекты могут располагаться в произвольном месте по кругу и в произвольном поперечном сечении круга катания. Для обнаружения точечных дефектов, необходимо контролировать всю поверхность катания или использовать косвенные методы обнаружения дефектов хотя бы без оценки их размеров [112].
Третье направление - разработка методов обнаружения трещин и изломов на поверхности катания. Такие дефекты на поверхности катания не приводят к изменению геометрических характеристик этой поверхности [129]. Следовательно, они не могут быть обнаружены методами дистанционного бесконтактного измерения и контроля геометрических параметров поверхности катания. Их обнаруживают только с помощью систем ультразвуковой или магнитной дефектоскопии.
Четвертое направление - разработка методов обнаружения отклонений геометрических размеров в системе содержания колесных пар. Для реализации метода требуется пространственно-временная привязка измерений отдельно для каждого колеса и всех колесных пар и колесных пар в тележке. Такое решение позволяет оценивать разность диаметров колесных пар в тележке подвижного состава, а также непараллельность их осей, несоответствие поперечных разбегов колесных пар нормам допуска.
Допуски на измеряемые параметры составляют величину порядка 0,5+1,0 мм. В соответствии с инструкцией, допускаемая погрешность измерений должна соответствовать ГОСТ 8.051 для линейных размеров величиной до 500 мм. Для линейных размеров свыше 500 мм погрешность измерений принимается (0,2+0,33)Г, где Т- допуск на данный размер [139]. Таким образом, требования по предельно допустимой погрешности установки для измерения параметров колесных пар должны устанавливаться в пределах 0,2+0,33 мм.
Система оперативного контроля элементов профиля колесных пар должна обеспечивать [13,24,25, 29]: - дистанционное измерение геометрических параметров профиля бандажа колеса; - пространственно-временную привязку результатов измерений в пределах колесных пар одной тележки; - обнаружение (не измерение параметров) точечных дефектов на любом участке поверхности по всему кругу катания; - точность измерения параметров в пределах 0,2+0,33 мм.
На основе анализа зарубежной патентной информации можно выделить три основных направления по разработке систем бесконтактного измерения геометрических параметров объектов, в том числе и колесных пар [154, 155, 156,157].
1. Оптические системы со сканированием луча (шесть патентов). Патенты посвящены измерению какого-либо геометрического параметра - диаметра, крутизны гребня и т.д. В условиях отечественных железных дорог и климата, это направление для создания стационарных измерительных систем, устанавливаемых на путях, неперспективно.
2. Оптические системы с применением видеокамер и цифровой обработкой изображений. Принцип действия этих систем заключается в облучении измеряемой поверхности лучом сканирующего лазера или другим оптическим источником так, чтобы на поверхности объекта освещалась тонкая поперечная световая линия [155]. Образ этой линии, принятый видеокамерой, оцифровывается, вводится в ЭВМ и используется для одновременного и точного измерения положения множества точек вдоль профиля. Таким образом, эта технология представляет собой быстрый и гибкий метод оцифровки поверхностей. В настоящее время этот метод широко используется в промышленности для бесконтактного обмера крупногабаритных деталей. Известна система Инспектомат-.510, в которой реализован этот принцип для измерения профиля поверхности катания колесных пар подвижного состава. В реальных системах этого типа используют четыре видеокамеры на каждое колесо колесной пары. Для обеспечения нормальной работы системы должен быть изготовлен специальный профильный отрезок ходового рельса, а само колесо должно быть предварительно очищено от смазки и загрязнений специальным устройством. Обработка изображений требует больших затрат времени, поэтому данный принцип измерения имеет жесткие ограничения на скорость движения поезда. В описанных системах скорость движения подвижного состава ограничена до 8 км/ч. Кроме того, метод не позволяет измерять диаметр колеса. В описанной системе для измерения диаметра используется (отдельная) специальная система датчиков [71].
3. Локационные дальномерные системы. Принцип действия этих систем основан на измерении расстояния от фиксированной системы датчиков до характерных точек поверхности измеряемого объекта. По типу применяемых физических принципов построения локационного канала различают радиолокационные, оптические, электромагнитные и ультразвуковые методы. Анализ патентов радиолокационного измерителя профиля поверхности катания, исполь зующего эффект электромагнитного взаимодействия микроволновой антенны с поверхностью катания, электромагнитного датчика определения близости по-верхности катания, а также устройства, использующего ультразвуковые локационные каналы показал, что практически все реализованные системы для измерения параметров профиля катания колеса используют ультразвуковые локационные датчики. Однако подробных технических описаний таких систем нет. Поскольку они используются только в опытных экземплярах, не представляется возможным сделать обоснованные выводы по их практическому применению.
Общим, для всех известных методов измерения профиля бандажа, является то, что они могут производить измерения только в конкретном сечении, определяемом конфигурацией линии установки датчиков. Это необходимо учитывать при проектировании систем массового применения.
