Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ
Эффективность перевозочного процесса на железных дорогах с электрической тягой во многом зависит от характеристик и надежности электроподвижного состава (ЭПС). Эксплуатационная надежность электроподвижного состава в значительной степени определяется качеством его технического обслуживания и ремонта. Значение этого фактора увеличивается по мере усложнения конструкции электровозов и электропоездов, тенденция к которому имеет место в связи с решением задачи повышения технической и экономической эффективности ЭПС.
Практика эксплуатации ЭПС железных дорог как в нашей стране, так и за рубежом показывает, что действенным путем повышения качества технического обслуживания и ремонта и, соответственно, эксплуатационной надежности является внедрение средств технической диагностики. Эксплуатация современного ЭПС без использования специальных средств технической диагностики оборудования практически невозможна. Внедрение средств технической диагностики дает также экономический эффект за счет повышения производительности труда ремонтного персонала. Использование программных систем, дополняющих технические средства диагностирования - систем баз данных результатов диагностирования, создает предпосылки для осуществления прогнозирования технического состояния оборудования ЭПС и на этой основе перехода от системы планового технического обслуживания к техническому обслуживанию по реальному техническому состоянию.
Электрическое оборудование является наиболее сложным видом оборудования ЭПС, его усложнение происходит наиболее быстрыми темпами. На долю электрического оборудования приходится наибольшее количество отказов ЭПС в эксплуатации. Наиболее отказывающими видами электрооборудования являются релейно-контакторные устройства силовых цепей и цепей управления и полупроводниковые преобразователи. Активно внедряются новые полупроводниковые преобразователи и электронные системы регулирования и управления, контроль техническо-
го состояния которых возможен только с помощью приборных средств диагностирования.
В связи с этим, разработка методов и средств технического диагностирования электрического оборудования электроподвижного состава является актуальной задачей, причем в наибольшей степени это касается полупроводниковых преобразователей и ре-лейно-контакторных устройств.
Настоящая диссертационная работа является частью комплексных исследований, которые проводились кафедрой «Электрическая тяга» РГОТУПС в области технической диагностики оборудования электроподвижного состава в рамках хоздоговорных и госбюджетных работ.
Целью диссертационной работы является разработка методов, технических средств и программного сопровождения систем диагностирования полупроводниковых преобразователей и релейно-контакторных устройств электроподвижного состава. Для достижения этой цели в работе были решены следующие задачи:
определены диагностические задачи, необходимость в решении которых возникает при эксплуатации электрического оборудования ЭПС;
проведен выбор диагностических параметров для контроля исправности автономного инвертора на основе анализа диагностической математической модели с помощью моделирования на ЭВМ; предложенная методика выбора диагностических параметров может быть использована для других полупроводниковых преобразователей ЭПС;
разработана методика контроля работоспособности и настройки высоковольтного полупроводникового преобразователя при питании низким напряжением;
на основе физического моделирования проведен выбор диагностических параметров для контроля технического состояния контакторных электрических аппаратов ЭПС различного функционального назначения;
разработана методика определения допусков на диагностические параметры по статистическим данным с получением необходимых расчетных формул; предложены статистические методы
повышения достоверности постановки диагноза;
определена структура технических средств диагностирования для электрооборудования ЭПС и разработаны общая система диагностирования и комплекс приборов локальной диагностики электрооборудования ЭПС;
разработана программная система ведения баз данных по результатам и статистике проведения диагностирования оборудования подвижного состава;
разработана экспертная система технической диагностики электрического оборудования электроподвижного состава, ориентированная на определение неисправностей сбойного характера.
В диссертационной работе использовались теоретические и экспериментальные методы исследований:
методы теории электрических цепей, дифференциального и интегрального исчисления при разработке диагностической модели автономного инвертора;
численные методы с реализацией на ЭВМ при расчете электромагнитных процессов в автономном инверторе;
методы теории вероятностей и математической статистики при разработке методики назначения допусков на диагностические параметры;
методы построения логических моделей данных при разработке системы ведения баз данных;
экспериментальные исследования электромагнитных процессов в автономном инверторе при проверке адекватности математической модели;
экспериментальное исследование зависимостей параметров контакторных электрических аппаратов от появления неисправностей при выборе диагностических параметров.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
1. Определены диагностические задачи, решаемые с помощью методов функционального и тестового диагностирования при кон-
троле технического состояния полупроводниковых преобразователей ЭПС, и требования к методам и средствам диагностирования.
-
Разработана диагностическая модель автономного инвертора ЭПС, основанная на аналитическом интегрировании дифференциальных уравнений, описывающих электромагнитные процессы, с помощью которой возможно обнаружение неисправностей, влияющих на его эксплуатационную надежность.
-
Разработана диагностическая модель полупроводникового преобразователя, которая основана на численном интегрировании методом Рунге-Кутта дифференциальных уравнений электромагнитных процессов и может быть использована для различных конфигураций электрических схем преобразователя.
-
Путем исследования на разработанных диагностических моделях определены диагностические параметры функционального контроля исправности автономного инвертора ЭПС, с помощью которых обнаруживаются возможные в эксплуатации дефекты.
-
Разработана методика назначения допусков на диагностические параметры оборудования ЭПС по статистическим данным и предложены способы повышения достоверности постановки диагноза, заключающиеся в использовании дополнительных шагов допусковой оценки и дополнительных параметров.
-
Разработаны инфологическая и даталогическая модели системы ведения баз данных по результатам и статистике диагностирования оборудования ЭПС.
Практическое значение полученных в диссертационной работе результатов следующее:
разработаны программы для ЭВМ, реализующие разработанные диагностические модели полупроводникового преобразователя, которые могут быть использованы при моделировании электромагнитных процессов с целью выбора диагностических параметров, а также для исследования режимов работы элементов преобразователя с целью выбора их параметров;
произведен выбор диагностических параметров, с помощью которых путем функционального контроля в автономном
инверторе ЭПС выявляются дефекты, приводящие к потере его исправности в процессе эксплуатации;
разработанная методика контроля работоспособности высоковольтного полупроводникового преобразователя ЭПС обеспечивает проверку его работоспособности и настройку уставок при питании низким напряжением;
обоснован набор диагностических параметров контактор-ных электрических аппаратов ЭПС различного функционального назначения, контроль которых следует проводить в эксплуатации;
получены расчетные формулы для определения допусков на диагностические параметры по статистическим данным, обеспечивающие заданные ошибки 1-го и 2-го рода, а также формулы для реализации предложенных способов повышения достоверности постановки диагноза;
разработанная программная система ведения баз данных повышает эффективность использования результатов диагностирования в системе технического обслуживания и ремонта ЭПС и может быть использована как для электрического, так и для других видов оборудования;
разработанная экспертная система диагностики позволяет обнаруживать дефекты электрооборудования, приводящие к нарушениям работы ЭПС сбойного характера, поиск которых в условиях депо затруднителен или невозможен;
разработанные технические средства диагностирования электрического оборудования ЭПС (общая система диагностирования на базе ЭВМ и приборы локальной диагностики) обеспечивают решение возникающих в эксплуатации диагностических задач с реализацией разработанных в диссертации методов диагностирования.
Разработанные в диссертации методы и средства диагностирования электрического оборудования ЭПС внедрены в систему технического обслуживания и ремонта моторвагонного подвижного состава на Московском метрополитене. Общая система технического диагностирования СТДМ прошла опытную эксплуатацию в электродепо «Сокол». Приборы локальной диагностики электрооборудования внедрены в ряде электродепо. Диагности-
ческая установка ДИСПУТИМ была награждена бронзовой медалью ВДНХ.
Внедрение и испытания разработанных в диссертации технических и программных средств подтверждается актами, представленными в приложении к диссертации.
Основные этапы и результаты работы докладывались:
на Всесоюзной научно-практической конференции с участием специалистов социалистических стран «Проблемы повышения надежности и безопасности технических средств железнодорожного транспорта», Москва, 1988 г.;
на Всесоюзной научно-технической конференции «Методы и средства диагностирования технических средств железнодорожного транспорта», Омск, 1989 г.;
на I и II международных научно-технических конференциях «Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта», Москва, 1994 и 1996 гг.;
на межвузовских научно-методических конференциях «Актуальные проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта», Москва, 1996, 1997, 1998, 1999 и 2000 гг.;
на Международной конференции «Высшее профессиональное заочное образование на железнодорожном транспорте: настоящее и будущее», Москва, 2001 г.
на семинарах и заседаниях кафедр «Электрическая тяга» и «Локомотивы и локомотивное хозяйство» РГОТУПС в 1998-2003 гг.
Основные положения диссертации опубликованы в 53 печатных работах, в том числе одной монографии.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ
