Содержание к диссертации
Введение 7
1. Техническое обслуживание и ремонт локомотивов как определяющий
фактор их технического состояния и качества функционирования
в эксплуатации 16
1.1. Условия эксплуатации и надежность тягового подвижного состава .. 16
Факторы, отрицательно влияющие на работу тягового подвижного состава 18
Износ и повреждения деталей и узлов ТПС 20
1.2. Техническое обслуживание и ремонт как необходимые условия
обеспечения надежности тягового подвижного состава в эксплуатации .. 22
Ремонтное производство локомотивного депо 24
Существующая система ремонта тягового подвижного состава 27
1.3. Техническое состояние локомотивного парка железных дорог 31
1.3.1. Исследование технического состояния электровозов
при вождении поездов повышенной массы 31
1.3.2. Анализ технического состояния тягового подвижного
состава 39
1.4. Технологическая готовность производства при техническом
обслуживании и ремонте локомотивов 46
Технологическая документация для организации технического обслуживания и ремонта локомотивов 46
Технологическое оснащение ремонтного производства 48
1.5. Постановка задач диссертационной работы 55
2. Теоретические основы совершенствования технологии ремонта
локомотивов 59
2.1. Энергетические критерии оценки влияния технологических параметров
(технологии ремонта) на техническое состояние локомотивов 61
2.2. Кинетическая и потенциальная энергии 65
Выбор обобщенных координат и систем отсчета 67
Выражения энергий через обобщенные координаты 69
2.3. Оценка влияния технологических параметров на качество
функционирования КМБ 100
Трогание с места 101
Разгон локомотива 110
2.4. Параметрические модели термодинамических процессов в системе
тягового электродвигателя 112
Тепловой расчет подшипников тягового двигателя 112
Теплоэнергетические процессы в цепи якоря 114
Тепловые потоки и температура в системе тягового двигателя 130
Выводы 139
3. Моделирование процессов технического обслуживания и ремонта
локомотивов 141
3.1. Однокритериальное решение задачи рациональной организации
технического обслуживания и ремонта 142
'щ 3.2. Формализация задачи оптимизации технического обслуживания и
ремонта 145
Обоснование критериев рациональной организации процессов технического обслуживания и ремонта локомотивов 150
Математические модели процессов технического обслуживания и ремонта 153
Модель, не учитывающая влияние ошибок диагностирования .. 156
Модель, учитывающая влияние ошибок диагностирования ... 163
3.5. Критерии оптимизации размещения пунктов технического
Ш
обслуживания локомотивов 173
Выводы 181
4. Разработка системы подготовки технологической документации
для организации технического обслуживания и ремонта локомотивов 182
4.1. Проектирование технологических процессов 182
Стадии проектирования технологических процессов 183
Классификация деталей подвижного состава, подлежащих ремонту 186
Информационное обеспечение разработки технологических процессов 191
Информационно-динамическое моделирование и управление процессом ремонта локомотивов 200
Технологическое проектирование основных цехов 217
Определение эффективности варианта технологического процесса 224
Разработка типового перечня необходимой технологической документации и типовых технологических карт для организации технического обслуживания и ремонта локомотивов в условиях депо ... 227
Апробация разработанной системы. Составление технологической документации на примере производственного процесса ремонта
:% в базовом локомотивном депо 239
Выводы 242
5. Техническое диагностирование в системе технологического оснащения
ремонтного производства 244
5.1. Тяговый электродвигатель как объект диагностирования
в локомотиве 244
5.2. Диагностирование и контроль качества работы коллекторно-
щеточного узла тяговых электродвигателей 247
5.2.1. Оценка качества работы коллекторно-щеточного узла тяговых
і*
электродвигателей в процессе приемо-сдаточных испытаний 248
5.2.2. Прибор контроля качества коммутации в процессе
приемо-сдаточных испытаний тяговых двигателей 252
5.2.3. Оценка динамических составляющих радиальных сил и несоосности осей якоря и остова ТЭД, вызванных несовершенством
технологии ремонта 258
5.3 Контроль изготовления и ремонта коллекторов тяговых
электродвигателей 262
5.4. Экспериментальные исследования воздушных зазоров в магнитной
цепи тягового электродвигателя 274
Выводы 279
6. Оснащение производственных процессов ремонта локомотивов
нестандартным технологическим оборудованием 281
6.1. Механизированные ремонтные позиции 281
Механизированные комплексы для ремонта тележек локомотивов 282
Механизация процессов разборки-сборки колесно-моторных блоков локомотивов 285
Механизация ремонта электрических машин 289
Технологический участок мойки колесных пар под высоким давлением 300
Оборудование для транспортировки узлов при ремонте 301
Технологическая позиция снятия и установки тяговых устройств локомотивов 302
Результаты механизации ремонтных операций 303
6.2. Технологическое оборудование для ремонта новых
электровозов ЭП 1 304
Установка для распрессовки-запрессовки конических соединений 306
Стенд для демонтажа - монтажа тягового редуктора и колесной пары 311
Стенд для разборки-сборки верхней половины редуктора 312
Гидропресс для демонтажа-монтажа зубчатых колес 312
6.2.5. Стенд динамического контроля колесно-редукторных
блоков 313
Выводы 316
7. Оценка технико-экономической эффективности совершенствования
технологической готовности производства при ремонте тягового подвижного
состава 318
Оценка эффективности инвестиционных проектов 319
Определение экономического эффекта внедрения
в производственные процессы ремонта локомотивов нестандартного
технологического оборудования 326
7.3. Технико-экономический эффект от совершенствования организации
производственных процессов ремонта 331
Выводы 332
Заключение 333
Библиографический список 337
Приложение 1. Информационно-динамическая модель среднего ремонта СР
электровозов ЭП1 в локомотивном депо Иланская
Красноярской железной дороги - филиала ОАО «РЖД» ... 357 Приложение 2. Апробация системы подготовки технологической
документации 369
Приложение 3. Образцы разработанного и внедренного технологического
оборудования 389
Приложение 4. Акты внедрения результатов диссертационной работы 400
Введение к работе
Актуальность проблемы. Ритмичная и устойчивая работа железнодорожного транспорта во многом обусловлена надежностью тягового подвижного состава (ТПС) и эффективностью его использования.
Суммарные расходы локомотивного хозяйства сети железных дорог являются одной из главных составляющих (примерно 30 %) в общих эксплуатационных расходах, при этом их значительная часть (около 30 - 35 %) приходится на техническое обслуживание и ремонт локомотивов. Ремонт каждого локомотива за весь срок службы обходится в несколько раз дороже его первоначальной стоимости.
В настоящее время в связи с ростом скоростей, увеличением весовых норм поездов и повышением требований к безопасности движения значительно возросло значение эксплуатационной надежности локомотивов. Надежность локомотивов в эксплуатации в основном обеспечивается своевременными и качественными техническими обслуживаниями и ремонтами, что во многом зависит от уровня технологической готовности локомотиворемонтного производства.
Анализ основных показателей технического состояния локомотивного парка сети магистральных железных дорог показывает, что общее число неисправных локомотивов сохраняется на уровне 10 - 12 %. Остаются высокими показатели простоев на всех видах ремонта, количество отказов и неплановых ремонтов локомотивов. Основными причинами такого положения являются неудовлетворительное качество текущих ремонтов и технических обслуживании, недостаточный уровень механизации трудоемких производственных процессов ремонта.
Таким образом, одной из актуальных задач в локомотивном хозяйстве сети железных дорог является улучшение технического состояния и надежности тягового подвижного состава в эксплуатации за счет совершенствования и повышения качества технических обслуживании и ремонтов посредст-
вом применения в локомотивных депо прогрессивных технологий и современных средств технологического оснащения, т. е. путем совершенствования технологической готовности производства.
Задачи повышения технологической готовности локомотиворемонтно-го производства отражены в «Комплексной программе реорганизации и развития отечественного локомотиво- и вагоностроения, организации ремонта и эксплуатации пассажирского и грузового подвижного состава на период до 2010 года», утвержденной постановлением расширенного заседания коллегии МПС России от 23.04.2002 № 11; в распоряжении ОАО «РЖД» «О системе технического обслуживания и ремонта локомотивов» от 17.01.2005 №3р; в распоряжении Президента ОАО «РЖД» от 13.01.2006 №181 «Дополнительные меры по повышению уровня обеспечения безопасности движения в локомотивном хозяйстве железных дорог ОАО «РЖД»» и в других организационно-распорядительных документах железнодорожной отрасли.
Исследования надежности работы тягового подвижного состава магистральных железных дорог, систем его технического обслуживания и ремонта проводились различными научными коллективами. Значительный вклад в решение этих проблем внесли В. Д. Авилов, В. А. Аксенов, В. И. Бервинов, (1РГ/ И. В. Бирюков, А. А. Воробьев, И. И. Галиев, 3. Г. Гиоев, А. Д. Глущенко,
A. Т. Головатый, А. В. Горский, В. Г. Григоренко, А. В. Грищенко, Д. Г. Евсе
ев, И. П. Исаев, В. А. Камаев, М. Ф. Карасев, В. И. Киселев, Л. Г. Козлов,
B. И. Колесников А. С. Космодамианский, В. С. Коссов, Н. Н. Кудрявцев,
В. Д. Кузьмич, А. С. Курбасов, В. А. Кучумов, А. Л. Лисицын, В. Н. Лису нов,
А. П. Матвеевичев, В. Б. Медель, А. С. Нестрахов, В. А. Нехаев, Б. Д. Ники
форов, В. А. Николаев, А. Т. Осяев, А. П. Павленко, Е. С. Павлович, М. П. Па-
хомов, А. В. Плакс, Е.Н. Розенберг, Н. А. Ротанов, Е.К. Рыбников, А. Н. Са-
воськин, В. Т. Стрельников, Э. Д. Тартаковский, В. П. Феоктистов, В. А. Чет-
вергов, Н. Г. Шабалин, В. Г. Щербаков и другие.
Диссертационная работа выполнена согласно планам фундаментальных, поисковых и прикладных научных исследований Омского государст-
венного университета путей сообщения (№ г. р. 01.9.70002371, № г. р. 01.96.0000796 и др.).
В диссертационную работу вошли результаты исследований, которые выполнялись автором в соответствии с указаниями МПС России от 29.12.2000 №330у, от 27.05.2003 №81у; генеральным договором с ОАО «РЖД» от 21.07.2004 №303; Программами развития и технического доос-нащения предприятий локомотивного хозяйства Октябрьской, Западно-Сибирской, Красноярской, Восточно-Сибирской, Забайкальской и Дальневосточной железных дорог на период 2001 - 2006 гг.; Программой ОАО «РЖД» по дооснащению локомотивного депо Иланская Красноярской железной дороги с целью организации текущего ремонта в объеме ТР-3 электровозов серии ЭП1; планом НИОКР ОАО «РЖД» 2005 г.
Цель диссертационной работы - разработка методов и средств повышения качества технического обслуживания и ремонта (ТОР) тягового подвижного состава, создание и совершенствование технологических процессов и нестандартного оборудования для обеспечения технологической готовности ремонтного производства.
Для достижения указанной цели в диссертационной работе поставлены следующие задачи:
разработать математические модели критериев для оценки влияния технологии ремонта на техническое состояние локомотива и его составных частей;
создать методы оценки влияния конструктивных и технологических параметров на техническое состояние узлов и деталей тягового электродвигателя (ТЭД), как одного из наиболее нагруженных и ответственных агрегатов в локомотиве;
разработать математические модели для анализа влияния технологических параметров на формирование теплоэнергетических процессов в системе тягового электродвигателя, позволяющие проводить оценку работоспособности и технического состояния его конструктивных элементов и узлов;
предложить модели рациональной организации технического обслуживания и ремонта локомотивов на основе многокритериального учета условий их эксплуатации, технического состояния и ошибок диагностирования;
разработать систему составления и типовой перечень технологической документации для организации технического обслуживания и ремонта тягового подвижного состава в локомотивных депо;
разработать и усовершенствовать устройства и методы диагностирования тяговых электродвигателей локомотивов;
создать и усовершенствовать комплекс нестандартного технологического оборудования для механизации технологических процессов при техническом обслуживании и ремонте тягового подвижного состава.
Научная новизна работы состоит в следующем.
Предложены энергетические критерии для оценки влияния технологических параметров на техническое состояние локомотива, представленные кинетической энергией его составных частей, потенциальной энергией упру-го-диссипативных связей в системах обрессоривания и узлах сочленения и энергией магнитных полей в тяговых двигателях.
Получены критерии оценки влияния технологических параметров коллекторно-щеточного узла на фактическую площадь контакта и на глубину внедрения неровностей при контактном взаимодействии щеток с коллекторными пластинами в тяговом электродвигателе.
Разработаны параметрические критерии оценки влияния технологических параметров на формирование температуры конструктивных элементов тягового электродвигателя с детальным математическим описанием термодинамических процессов контактного взаимодействия в коллекторно-щеточном узле.
Разработаны математические модели оценки влияния конструктивных и технологических параметров локомотива на его функционирование в режимах трогания с места и разгона как наиболее сложных для функционирования тягового электродвигателя.
5. Получены математические выражения, позволяющие на стадии стендовых испытаний оценить радиальные силы в моторно-якорных подшипниках и несимметрию осей якоря и остова ТЭД, которые появляются в процессе эксплуатации за счет несовершенства технологии ремонта.
Методы проведения исследований. Теоретические и экспериментальные исследования проведены на основе методов системного подхода, математического моделирования и математической статистики. В работе использованы теория множеств, математические программы на основе MathCAD, численные методы исследования и метод планирования эксперимента.
Эксперименты проводились на лабораторных установках и реальных объектах исследования в условиях действующих производственных процессов.
Достоверность научных положений и результатов диссертационной работы подтверждена экспериментальными исследованиями, практической апробацией и долговременной эксплуатацией разработанных методов и технических средств. Достоверность также базируется на строго доказанных и корректно использованных положениях и постулатах физики твердого тела, математического анализа, математического моделирования и теории вероятностей. Адекватность математических моделей подтверждена высокой степенью согласования теоретических расчетов с экспериментальными данными и практическими результатами.
Практическая ценность работы заключается в следующем.
1. Разработанные математические модели критериев позволяют определять влияние технологических параметров на эксплуатационные показатели и техническое состояние локомотива и отдельных его деталей и узлов, производить оценку значений и допусков технологических параметров, которые необходимо обеспечить в ходе ремонта, и определять исходные требования для разработкитехнических условий на совершенствование технологических процессов и проектирование нестандартного ремонтного оборудования и оснастки.
Предложены математические модели определения рациональной периодичности технического обслуживания и ремонта локомотивов, расположения пунктов ТОР на плечах оборота большой протяженности с учетом условий эксплуатации, технического состояния локомотивов и ошибок диагностирования.
Создана методика разработки технологической документации для организации технического обслуживания и ремонта локомотивов в условиях депо, определен состав и сформулированы основные необходимые и достаточные положения для оформления технологической документации. Методика позволяет определять подход к технологической подготовке ремонта; систематизировать и распределять трудовые ресурсы для выполнения работ; минимизировать объем технологической документации без ущерба для производства.
Разработаны прибор и технология контроля качества коммутации однотипных тяговых электродвигателей при приемо-сдаточных испытаниях. Это позволяет измерять средние, среднеинтегральные и максимальные значения длительности импульсов искрения, производить оценку качества коммутации по принципу допускового контроля и применяется в автоматизированной системе испытаний тяговых электродвигателей. Схемные решения прибора защищены двумя авторскими свидетельствами на изобретения.
Разработаны эталонная установка и технология для поверки приборов контроля профиля коллекторов электрических машин. Предложена методика определения метрологических характеристик эталонной установки.
Разработаны способ и технология измерения воздушных зазоров между якорем и наконечниками главных и добавочных полюсов остова электрической машины. Способ защищен патентом на изобретение.
Создан комплекс нестандартного технологического оборудования, которое позволяет механизировать технологические операции при ремонте тягового подвижного состава, повысить качество ремонта. Конструктивные решения портального модуля для оснащения технологического участка ремонта
колесно-моторных блоков локомотивов защищены патентом на полезную модель.
Создан комплект нестандартного оборудования для оснащения технологического участка ремонта колесно-редукторных блоков (КРБ) электровоза новой серии ЭШ, которое позволяет выполнять технологические операции по разборке-сборке КРБ, а также его обкатку после ремонта с возможностью диагностирования. На технические решения установки для распрес-совки-запрессовки конических соединений с функцией контроля качества полученного соединения и стенда для динамического контроля колесно-редукторных блоков получены патенты на полезные модели.
Использование в локомотиворемонтных депо разработанного нестандартного оборудования позволяет механизировать технологические операции при ремонте тягового подвижного состава, сократить время простоя в ремонте, повысить качество и оптимизировать технологические процессы ремонта, высвободить часть ремонтного персонала депо.
Реализация результатов работы.
Методика разработки технологической документации для организации технологических процессов технического обслуживания и ремонта локомотивов в условиях депо принята Департаментом локомотивного хозяйства ОАО «РЖД» для использования в типовых организационно-распорядительных документах по обеспечению технологической готовности локомотиворемонтного производства.
Разработанная технологическая документация для организации производственных процессов текущих и среднего ремонтов ТПС внедрена в локомотивных депо Боготол (СР электровозов ВЛ80р), Иланская (СР электровозов ЭШ) Красноярской и Зима (ТР-2, ТР-3, СР тепловозов 2ТЭ10 и ТЭМ2) Восточно-Сибирской железных дорог.
Комплекты созданного нестандартного оборудования для механизации технологических процессов ремонта локомотивов внедрены и успешно эксплуатируются в локомотивных депо Карасук (ВЛ80, 2ТЭ10) и Московка
(ВЛ10) Западно-Сибирской; Боготол (ВЛ80р) и Иланская (ВЛ85) Красноярской; Зима (ТЭ10, ТЭМ2) и Нижнеудинск (ВЛ80) Восточно-Сибирской; Чита (ВЛ80) Забайкальской железных дорог и др.
Созданный комплект нестандартного технологического оборудования для ремонта электровозов новой серии ЭП1 внедрен и успешно эксплуатируется в локомотивном депо Иланская Красноярской железной дороги.
Методика разработки технологической документации и технические решения по созданию нестандартного технологического оборудования используются в учебном процессе на стадии дипломного проектирования.
Фактическое использование результатов диссертационной работы в ло-комотивном хозяйстве подтверждено актами внедрения.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и были одобрены на Всероссийской научно-практической конференции «Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта Сибири и Дальнего Востока» (г. Хабаровск, 2001 г.); II международной научно-практической конференции «Современные научно-технические проблемы транспорта России» (г. Ульяновск, 2002 г.); Международной научно-практической конференции «Проблемы безопасности на щ транспорте» (г. Гомель, респ. Беларусь, 2002 г.); Международном конгрессе «Механика и трибология транспортных систем - 2003» (г. Ростов-на-Дону, 2003 г.); V международной конференции «Электромеханика, электротехнологии и электроматериаловедение», МКЭЭ-2003 (ICEEE-2003) (г. Москва, 2003 г.); Международной научной конференции, посвященной 75-летию РГУПСа, «Актуальные проблемы развития транспорта России: стратегические, региональные, технические» (г. Ростов-на-Дону, 2004 г.); V международной научно-практической конференции «Методы и алгоритмы прикладной математики в технике, медицине и экономике» (г. Новочеркасск, 2005 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2005» (г. Ростов-на-Дону, 2005 г.); VII международной научно-практической конференции «Наука и образование - 2005» (г. Днепропетровск, Украина,
2005 г.); 65-й международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта» (г. Днепропетровск, Украина, 2005 г.); Третьем международном симпозиуме по транспортной триботехнике «ТРАНСТРИБО-2005» (г. Санкт-Петербург, 2005 г.); Международной научно-практической конференции «Научные исследования и их практическое применение. Современное состояние и пути развития» (г. Одесса, Украина, 2005 г.); Третьем международном симпозиуме «ELTRANS-2005» «Электрификация и развитие энергосберегающей структуры и электроподвижного состава на железнодорожном транспорте» (г. Санкт-Петербург, 2005 г.); Международной научно-практической конференции «Проблемы исследования и проектирования машин» (г. Пенза, 2005 г.); научно-технических советах Красноярской железной дороги (2002, 2003 гг.); семинаре ОАО «РЖД» по системам бортовой и стационарной диагностики локомотивов нового поколения с участием компании «Бомбардье-Транспортейшн» (г. Москва, 2006 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 39 печатных работ, в том числе одна монография, 26 статей (из них 13 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ), шесть тезисов докладов на международных и всероссийских конференциях, два авторских свидетельства и один патент на изобретения, три патента на полезные модели.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи разделов, заключения, списка использованной литературы, приложений.
Общий объем основного текста 356 страниц, включающих 89 рисунков, 9 таблиц и библиографический список из 216 наименований.
