автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Совершенствование технологической готовности технического обслуживания и ремонта тягового подвижного состава

На правах рукописи

ШАНТАРЕНКО Сергей Георгиевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ГОТОВНОСТИ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА ТЯГОВОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

Специальность 05.22.07 - «Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Омск 2006

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Омский государственный университет путей сообщения» (ОмГУПС (ОмИИТ)).

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

АВИЛОВ Валерий Дмитриевич.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Ведущая организация: Всероссийский научно-исследовательский и кон; структорско-технологический институт подвижного состава (ФГУП ВНИКТИ).

Защита диссертации состоится 17 ноября 2006 г. в 9 часов на заседании диссертационного совета Д 218.007.01 при Омском государственном университете

путей сообщения по адресу: 644046, г. Омск, пр. Маркса, 35, ауд. 112.

*

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОмГУПСа. Автореферат разослан 14 октября 2006 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью учреждения, просим направлять в адрес диссертационного совета

КИСЕЛЕВ Валентин Иванович,

доктор технических наук, профессор ГРИЩЕНКО Александр Васильевич,

доктор технических наук, профессор ЧЕТВЕРГОВ Виталий Алексеевич.

Д 218.007.01. Тел./факс: (3812) 31-16-27, 31-13-44.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук, профессор

© Омский гос. университет путей сообщения, 2006

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

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 обслуживаний, 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 обслуживаний и ремонтов посредством применения в локомотивных депо прогрессивных технологий и современных средств технологического оснащения, т. е. путем совершенствования технологической готовности производства.

Задачи повышения технологической готовности локомотиворемонтного 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 № Зр; 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, И. В. Бирюков, А. А. Воробьев, И. И. Галиев, 3. Г. Гиоев, А.Д. Глущенко, А. Т. Головатый,

A. В. Горский, В. Г. Григоренко, А. В. Грищенко, Д.Г. Евсеев, И. П. Исаев,

B. А. Камаев, М. Ф. Карасев, В. И. Киселев, Л. Г. Козлов, В.И. Колесников А.С.Космодамианский, B.C. Коссов, H.H. Кудрявцев, В. Д. Кузьмич,

A.C. Курбасов, В. А. Кучумов, А. Л. Лисицын, В. Н. Лисунов, А. П. Матвеевичев,

B. Б. Медель, А. С. Нестрахов, В. А. Нехаев, Б.Д. Никифоров, В. А. Николаев,

A. Т. Осяев, А. П. Павленко, Е. С. Павлович, М. П. Пахомов, А. В. Плакс, E.H. Розенберг, Н. А. Ротанов, Е.К. Рыбников, А. Н. Савоськин,

B. Т. Стрельников, Э. Д. Тартаковский, В. П. Феоктистов, В. А. Четвергов, Н.Г.Шабалин, В. Г. Щербаков и другие.

Диссертационная работа выполнена согласно планам фундаментальных, поисковых и прикладных научных исследований Омского государственного 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 е указаниями МПС России от 29.12.2000 № 33 Oy, от 27.05.2003 № 81 у; генеральным ' договором с ОАО «РЖД» от 21.07.2004 № 303; Программами развития и технического дооснащения 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.

1. Предложены энергетические критерии для оценки влияния технологических параметров на техническое состояние локомотива, представленные кинетической энергией его составных частей, потенциальной энергией упруго-диссипативных связей в системах обрессоривания и узлах сочленения и энергией магнитных полей в тяговых двигателях.

2. Получены критерии оценки влияния технологических параметров коллек-торно-щеточного узла на фактическую площадь контакта и на глубину внедрения неровностей при контактном взаимодействии щеток с коллекторными пластинами в тяговом электродвигателе.

3. 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.

4. 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 МаЛСАО, 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 разработки-технических условий на совершенствование технологических процессов и проектирование нестандартного ремонтного оборудования и оснастки.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. Разработаны эталонная установка и технология для поверки приборов контроля профиля коллекторов электрических машин. Предложена методика определения метрологических характеристик эталонной установки.

6. Разработаны способ и технология измерения воздушных зазоров между якорем и наконечниками главных и добавочных полюсов остова электрической; машины. Способ защищен патентом на изобретение.

7. Создан комплекс нестандартного технологического оборудования, кото-'! рое позволяет механизировать технологические операции при ремонте тягового! подвижного состава, повысить качество ремонта. Конструктивные решения портального модуля для оснащения технологического участка ремонта колесно-моторных блоков локомотавов защищены патентом на полезную модель.

8. Создан комплект нестандартного оборудования для оснащения технологического участка ремонта колесно-редукторных блоков (КРБ) электровоза новой серии ЭП1, которое позволяет выполнять технологические операции по разборке-, сборке КРБ, а также его обкатку после ремонта с возможностью диагностирова-: ния. На технические решения установки для распрессовки-запрессовки конических соединений с функцией контроля качества полученного соединения и стенд® для динамического контроля колесно-редукторных блоков получены патенты на1 полезные модели. !

9. Использование в локомотиворемонтных депо разработанного нестан-! дартного 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.

1. 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. .

2. Разработанная технологическая документация для организации производственных процессов текущих и среднего ремонтов ТПС внедрена в локомотивных

депо Боготол (CP электровозов ВЛ80р), Иланская (CP электровозов ЭП1) Красноярской и Зима (ТР-2, ТР-3, CP тепловозов 2ТЭ10 и ТЭМ2) Восточно-Сибирской железных дорог.

3. Комплекты созданного нестандартного оборудования для механизации технологических процессов ремонта локомотивов внедрены и успешно эксплуатируются в локомотивных депо Карасук (ВЛ80, 2ТЭЮ) 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.

4. Созданный комплект нестандартного технологического оборудования для ремонта электровозов новой серии ЭП1 внедрен и успешно эксплуатируется в локомотивном депо Иланская Красноярской железной дороги.

5. 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 локомотивном 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.); IIмеждународной научно-практической конференции «Современные научно-технические проблемы транспорта России» (г. Ульяновск, 2002 г.); Международной научно-практической конференции «Проблемы безопасности на 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.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первом разделе выполнен анализ факторов, влияющих на эксплуатационную надежность, причин износов и повреждений деталей и узлов тягового подвижного состава.

Приведены результаты исследования влияния условий и режимов эксплуатации на техническое состояние локомотивов.

Локомотив в процессе эксплуатации постепенно теряет свою работоспособность. Для обеспечения устойчивой работы локомотивного парка, поддержания его технического состояния и повышения эксплуатационной надежности проводятся технические обслуживания и ремонты локомотивов.

Разработке основных принципов обеспечения работоспособности локомотивов в эксплуатации на основе исследования показателей надежности посвящены работы В. Г. Галкина, А. В. Горского, И. П. Исаева, В. И. Киселева, В. П. Парамзи-на, Е. К. Рыбникова Э. Д. Тартаковского, В. П. Феоктистова, В. А. Четвергова, Н. Г. Шабалина и других ученых.

Анализ технического состояния локомотивного парка сети железных дорог показал, что остаются высокими процент неисправных локомотивов, простои на всех видах ремонта и количество неплановых ремонтов. Одними из основных

причин такого положения являются низкий уровень организации и качества ремонта, недостаточная механизация технологических процессов.

Главной причиной высокого уровня порч и неисправностей локомотивов является неудовлетворительное качество текущих ремонтов и технических обслуживании. По этой причине происходит 57,0 - 59,2 % отказов и 32,0 - 43,9 % неплановых ремонтов электровозов и 62,7 — 69,5 % отказов и 43,1 - 46,7 % неплановых ремонтов тепловозов от общего количества.

В решение проблемы совершенствования системы технического обслуживания и ремонта ТПС существенный вклад внесли ученые А.И. Володин, А. А. Воробьев, А. Т. Головатый, А. В. Горский, А. А. Дроздов, И. П. Исаев, Б. М. Куанышев, Ю. А. Лебедев, А. Т. Осяев, В. Т. Стрельников и другие.

Технологическая сложность ремонта современных локомотивов, высокие требования, предъявляемые к их работоспособности и ресурсу, приводят к возрастанию объема и требований к качеству технологической подготовки ремонтного производства в локомотивных депо. Этой проблеме посвящены исследования В. А. Аксенова, Н. Г. Лугигаша, В. М. Находкина, М. Д. Рахматуллина, Э. А. Сементовского, Р. Г. Черепашенца и других.

Результатом технологической подготовки является технологическая готовность производства, которая определяется наличием на ремонтном предприятии полных комплектов конструкторской и технологической документации и средств технологического оснащения для осуществления заданного объема выпуска из ремонта локомотивов.

Для улучшения технического состояния и -эксплуатационной надежности тягового подвижного состава необходимо совершенствование технологической готовности производства при техническом обслуживании и ремонте посредством разработки и внедрения в локомотивных депо современных технологических процессов и специализированного нестандартного ремонтного и диагностического оборудования.

Разработке и совершенствованию системы технического диагностирования локомотивов, обеспечению технологического оснащения локомотиворемонтного производства посвящены работы В. Д. Авилова, В Л. Алтухова, В. И. Бервинова, Н. Г. Васильева, 3. Г. Гиоева, А. Т. Головатого, Л.И. Дерябина, Д. Г. Евсеева, И. П. Исаева, В. И. Киселева, Л.Г. Козлова, В. Д. Кузьмича, А. С. Курбасова, И.К. Лакина, Е. Ю. Логиновой, А". П. Матвеевичева, А. С. Нестрахова, Б. Д. Никифорова, П. П. Пархоменко, Н. А. Ротанова, А. Н. Савоськина, В. С. Смольяни-нова, Э. Д. Тартаковского, В. П. Феоктистова, В. В. Харламова и других авторов.

На основе анализа современного состояния вопроса сформулированы цели и задачи исследования.

Во втором разделе разработаны теоретические основы для оценки влияния технологии ремонта на техническое состояние локомотива.

Процесс сборки агрегатов, узлов и локомотива в целом является заключительным этапом ремонта и в значительной степени определяет его основные эксплуатационные качества. В процессе сборки по разным причинам могут возникать погрешности взаимного расположения деталей, существенно снижающие технические характеристики и служебные качества отремонтированного локомотива.

Точность сопряжения, установленная чертежом и определяемая зазором в соединении, в значительной степени зависит от шероховатости соприкасающихся поверхностей. Точность большинства изделий машиностроения является важнейшей характеристикой их качества. Повышение точности деталей и сборки узлов увеличивает долговечность и надежность машин и механизмов в эксплуата- : ции.

Таким образом, качество функционирования и эксплуатационная надежность тягового подвижного состава в значительной степени определяются технологическими параметрами деталей, узлов и машины в целом, полученными при выполнении технических обслуживании и ремонтов.

Всякая механическая система, подверженная внешнему воздействию, стремится занять такое положение, в котором ее потенциальная энергия имеет наименьшее значение при неизменных структурных параметрах. Для обеспечения качественного функционирования в условиях эксплуатации механичеркой системы (в нашем случае - локомотива) необходимо при ремонте таким образом подобрать ; значения технологических параметров (из области их допустимых значений), чтобы энергетические показатели системы имели наименьшие значения при заданных параметрах состояния ее составных частей.

Математическое моделирование базируется на постулатах теоретической механики, термодинамики, теории упругости, электродинамики и физики твердого тела.

Известные показатели динамических качеств локомотива являются комплексными и не позволяют в полной мере оценить влияние технологических параметров на техническое состояние отдельных деталей и узлов ТПС. Для решения этой задачи в работе предложены энергетические, силовые и теплоэнергетические критерии. "

Энергетические критерии выражены функционалами от выбранных обобщенных координат и технологических параметров. Кинетическая энергия представлена двумя составляющими:

Т, (1)

н ' 1=1

Т2+ (мтч!+++Щ)

* н

2 2 4

+ мл+ МХ, + ++ 1ТЩ + ++ (2)

+№и+Фи+- А).

где Уск, , , Уса^ — соответственно скорости движения полюсов кузова, тележки колесной пары, остова и якоря тягового двигателя при движении локомотива по рельсовому полотну; Ук, V,., — скорости элементов локомотива при их относительных перемещениях; шку, соа^ — скорости вращения колесных пар и якорей ТЭД.

Моменты инерции якоря ТЭД при наличии дисбаланса представляются выражениями:

_

4 12 J

М

2 12,

+ Сд СОЭ^ \|/а

+ е* эт2 \|/а

; 1*=Ма

. г2 Т 0

та М. 2 . 2-

(3)

Приращение кинетической энергии ДТ, %

Составляющая Т2 характеризует относительные перемещения элементов локомотива, которые приводят к непродуктивным затратам энергии. Необходимый подбор технологических параметров мржет обеспечить минимум выражения Т2, а значит и минимальные непродуктивные затраты энергии, потребляемой локомотивом.

Результаты расчета зависимости приращения кинетической энергии якоря от технологического эксцентриситета е0 для различных значений скорости вращения <эа приведены на рис. .1, Кинетическая энергия весьма чувствительна к изменению е0

в зоне эксплуатационных Угловая скорость

- т-г , рад/с

скоростей. При этом при- •

ращение энергии может Рис. 1. Приращение кинетической энергии достигать 30 - 33 %.

Эксцентриситет е0, мм

Тяговый электродвигатель является одним из ответственных и высокона-груженных агрегатов в локомотиве. В условиях эксплуатации детали и узлы ТЭД подвержены силовому воздействию механической и электромагнитной природы.

Потенциальная энергия тягового двигателя представлена двумя составляющими: Пмп — энергией, обусловленной действием сил магнитного поля, и Пуп — энергией сил упругих связей механического характера. Пмп определяется с учетом технологического эксцентриситета якоря по расчетным схемам, приведенным на рис. 2,3.

Рис. 3. Расчетные схемы для определения вектора силы магнитного поля

Для расчета сил магнитного тяжения принят постулат:

13

где В - магнитная индукция в воздушном зазоре; 5Г - воздушный зазор под главным полюсом; а6 — полюсное перекрытие; Da, ¿t - диаметр и длина якоря; к - постоянная для данного типа двигателя; sc - суммарный эксцентриситет якоря.

Эксцентриситет рассчитывается по формуле:

ес = [z\ + х2 + е2 + 2s0 (za .cosy, + xa sin xj/a) +

i (5)

+2yc sign yc(cpa(za + e0 cos 4>a)-©a(xa+e0 sin v|/a))]*.

Динамический эксцентриситет в значительной мере зависит от величины £0 и скорости вращения якоря ©а (рис. 4). Наличие экстремумов указывает на возможность резонансных явлений в области эксплуатационных скоростей.

В основу расчета магнитного поля принят закон Био-Савара: М

(6) 1,3 JL 1,2

После интегрирования по контуру Ео статора и ряда допущений радиальнь|й компонент В0(г) суммарного магнитного поля представлен в виде:

1,1

¡\ 2

г __ь <

V 4

В(„г,=^[-1лв(х + а) + 1вс(ус-Ь)-

-JCD(x-a) + JDA(yc+b)],

Потенциальная энергия- сил магнитного тяжения якоря

С

О 20 40 60 км/ч 100 у --

Рис. 4. Эксцентриситет якоря (постоянная скорость: 1 — £о = 0,1 мм, 2 — ео = 0,25 мм, 3 — Ео = 0,5 мм; набор скорости: 4 - ео = 0,25 мм)

Пмп= J

fa^k^I2

к'5г2я а'

ь~Ус

ь + ус

^+(b-yc)2 л^а2 + (Ь + Ус)2 _

¿Ус- (8)

Произведен расчет Д,п якоря для тягового двигателя ТЛ 2К1. В качестве технологического параметра принят е0. Эксплуатационным параметром является

ток в обмотке якоря. При е0, равном 0,3 мм, происходит резкое возрастание потенциальной энергии в зоне эксплуатационных скоростей (рис, 5). Потенциальная энергия упругих связей якоря в; 5; Б„

^ул = К«; + {^5;+2 |р/5р. (9)

0 0 о

Полученные в работе выражения для энергетических и силовых характеристик позволяют оценить влияние отклонений технологических параметров ТЭД

на его техническое состояние в ус-Приращение потенциальной энергии, % довиях эксплуатации, что в конеч-

ной мере дает предпосылки для совершенствования технологии ремонта.

Для оценки влияния технологических параметров КМБ на техническое состояние локомотива в работе предложена математическая модель наиболее сложного режима работы ТЭД - трогания с места.

Условия трогания с места характеризуются соотношениями между силами Рр в редукторе, сцепле- ' ния Рсц в зоне контакта колеса и рельса и сопротивления качению

Эксцентриситет е0 , мм

.- Угол поворота рад, где 0 < 2к

1- 1,= 420 А; 2 - 1,= 480 А; 3-1а = 620 А. Рис. 5. Приращение потенциальной энергии

При этом возможны следующие ситуации.

1. Локомотив начинает движение:

а) Рсц > Рр ^^ > Еф — без проскальзывания колес;

гк

б) Рр — > Рсц > Рф — с проскальзыванием колес.

гк

2. Локомотив останется на месте:

а) Рто>РСЦ>РР

без вращения колес;

„ Ma cos у

В системе редуктора сила F = —--- порождается

электромагнитным

моментом ТЭД, который определяется по формуле:

Ма = См!аФ(и)- (Ю)

Для определения сил сцепления в работе рассмотрено контактное взаимодействие колеса с рельсовым полотном на упругом основании. В результате

(П)

Касательное и нормальное напряжения в области контакта имеют распределения соответственно:

•ппЛ^Ь'уа —х V а Ь

Размеры области контакта «а» и «в» и напряжение qma)( найдены из решения задачи контактного взаимодействия упругих тел:

а = шК; в = пК. (13)

Здесь

,з/1п(8,ф)^; К = V п В

jjj — 31_1 Ve rrt*- ■ К — 41-,

4(А + В)

'l-Ц? | 1~Й2

. в,. Е2

A = J-;B = I

2Рру 2

А

/

}___1_

Рр,.

где рр!1, рру — радиусы кривизны рельса; Е(е, ф), Р(е,ф) - эллиптические интегралы.

Радиус кривизны рельса в продольном сечении получен из решения задачи прогиба балки на упругом основании:

— --^--(14)

Ррх 2^(kE3J3)"4 '

Совокупная сила нормального давления колеса на рельс при включении двигателя

Ям = Ррп + Р0гп+М. (15)

Сила сопротивления движению поезда в расчете на одну колесную пару принята в виде:

Р _ *качМи1

(16)

где п - число колесных пар локомотива; М„ - масса поезда; Е^ — силы трения в буксовых подшипниках.

В режиме разгона суммарный момент на оси колесной пары

M(t) = M

1-е

м \ -1

1„„а>„

(17)

где М = М,гшк/гшя; (ож =-^-совя; ш„„

нагрузки при подаче напряжения.

Для набора скорости ~Чуч необходимо потратить время

скорость вращения якоря ТЭД без

t ^ I""(3w Ь М

1

V1 - Ууч 7 ш«агк

(18)

Сила в области контакта колеса и рельса будет меняться по закону F(t) = M(t)/rK, ее значение должно удовлетворять требованию движения колеса без проскальзывания (Fcu > F(t)).

Тепловая энергия тягового двигателя распределяется по его объему с существенными температурными градиентами, что в значительной мере определяет надежность функционирования ТЭД.

При расчете тепловых процессов в цепи питания ТЭД рассмотрены условия контактного взаимодействия щеток с коллекторными пластинами. На основе положения теории упругости получены формулы фактической ширины неровности Ьн на коллекторе и глубины ее внедрения 50:

I

b =4

^щ^пл

(19)

S„ =

2N m7tS„

Ец + Епл Е111Е„Я

(20)

где N. - соответственно нагрузка, приходящаяся на щетку, и ее площадь; Я„ -радиус неровности; Еш, Еп„ - модули упругости; гп — плотность неровностей на пластине коллектора.

Изменение температуры в цепи питания ТЭД с достаточной степенью точности описывается уравнением теплопроводности:

дТ

Сг1Г-Яу(ХВщ1Т) + от(Х.у.г.х)-е(Т.Т„).

(21)

Наибольшее изменение градиента температуры возникает в области контакта щетки с коллекторными пластинами. С учетом того, что пластина периодически контактирует со щетками и воздушной средой, получены выражения для определения температуры на ее поверхности:

тн 4[(ТН0К, + ТЩК2)еуК'Пша'т' -ТШК2] (контакт со щеткой), (22)

0<у<ащ;

Тк = Та + (Ттах — Ха)е~Ка(у_11щ>'2'к°*'" (контакт с воздушной средой), (23) ащ<у<г1ч>и, где фш —угол между соседними щеточными бракетами.

Расчеты показали, что температура пластины в зависимости от тока якоря за один цикл (0, фщ) меняется в 1,3 - 1,5 раза (рис. 6). Высокие температурные градиенты в коллекторно-щеточном узле отрицательно влияют на надежность его функционирования. ¡г

о

о

£ н

о я

£ а.

100 II

90

-

ПО 1Ю )СС 90 4

* -

1 9

! 1 """»«к. — "^Ч

& и

О 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20,22 0,24 0,26 0,28 0,3 0,32 0,34 0,36 Координата У, м

1 -1, = 420 А; 2 -1, = 460 А; 3 -1, = 540 А; 4 -1, = 620 А

Рис.'6. Распределение температуры коллекторной пластины: I — процесс токосъема; II - процесс теплоотдачи

Выбранные критерии представлены выражениями в виде функционалов от конструктивных и технологических параметров и позволяют давать оценку влияния этих параметров на техническое состояние локомотива. С помощью полученных выражений можно определять исходную информацию для технических условий на проектирование и совершенствование технологических процессов ремонта, нестандартного оборудования и оснастки.

В третьем разделе приведены результаты моделирования процессов ТОР локомотивов с определением периодичности обслуживания по техническим параметрам.

В качестве целевой функции взята рациональная периодичность обслуживания локомотивов Трац (рациональное время между обслуживаниями).

Анализ результатов известных работ по математическому моделированию и периодичности ремонта и обслуживания сложных технических систем на основе; марковских и полумарковских процессов позволил предложить в качестве критериев моделирования целевой функции комплексные критерии: функционал готовности Кг(т), применяемый для оценки допустимого времени Тдоп, и функционал технического использования Кти(т), позволяющий определять значение оптимального времени Топт между обслуживаниями локомотива по к-му техническому параметру в точке максимума Кта(т). Функционалы определяются выражениями:

СХ^_Траб.к [Т]__

T-AP.lt

Кг(Т) = тра,к[т,рРт2.к[т,р]' (25)

где Тра6 к [Т] - функция истинного времени нахождения локомотива по исследуемому к-му параметру в состояниях функционирования при к = 1, N; N — число технических параметров, по которым обслуживается локомотив; Тра6к[Т, р], ТАР),[Т) )3], Тток[Т] — функции наблюдаемого времени нахождения локомотива по к-му параметру в состояниях функционирования, аварийного или планового ремонта соответственно при 0 < Р < 1; Т - время между ТОР; р - ошибки диагностирования второго рода.

Типовые графики зависимостей Ктн(Т) и КГ(Т) от времени между ремонтами локомотива и их использование для определения Трац (Топт < Трац < Тлоп) приведены на рис. 7.

Г 1.0

Кг(Т),

мт)

Рис. 7. Зависимости КХИ(Т) и КГ(Т) от времени между обслуживаниями

Выбор конкретного значения времени Трш определяется дополнительным стоимостным критерием

Срац.

Для достижения наибольшей достоверности результатов необходимо использовать модели, учитывающие ошибки диагностирования.

Техническое состояние деталей и узлов локо-

мотива, определяющих значение k-го параметра, может быть следующим: исправным (So); разрегулировки (Si); явного отказа (S2); скрытого отказа (S3); ложного отказа (S4); обслуживания исправного узла (S-ro); обслуживания разрегулированного узла (Sito); обслуживания узла, находящегося в скрытом отказе, (Бэто)-Граф состояний представлен на рис. 8.

Sito.

Рис. 8. Граф состояний, учитывающий влияние ошибок диагностирования

Матрица переходных вероятностей и матрица-строка финальных вероятностей определяются выражениями:

['-F* ('„)> (1-A)»

1 0 1

(1-a,)« x[l-fVo(t,)] (1-4)"

0

(1-P,)«

0 0 0

(1-P.)«

«Мч)

(I-PJ)« 1-Pa

рллч Lr.„;;Jn

P,F,2(T) a,[l-F„(t,)]

(1-a,)»

-И-М]"

P,Fto(T) a^l-F^.,)]

PiWO a,[l-Fre(t,+t,)] P, 0

(1-a,)« x['-M1p)] 0 0

0

й = |я0(Т) тс,(Т) Л2(Т) лj(T) K4(T) 7tT0(T) тг1Т0(Т)тсЗТ0(Т)|. (27)

При условии < „ получим систему уравнении: l2>i=1

я. (Т) = я2 (Т) + (Т) + (1 - «а )[l - FT0 (t„)] кго (Т) +

+(l-a2)[l-FTO(tp)]7ClTO(T); ni(T) = [l — F02(T)]F01(T) 7t0(T);

*a (T) = (1 - p,) F02 (T) *0 (T) + (1 - p,) Fa (T) я, (T) + (1 - p2 )FT0 (tp ) nT0 (T) +

+(1 - P2)Fto(tp) "ito(t> + 0 ~ Pi) "этоCT); ^(T) = ß1F02(T)no(T) + ß1Fl2(T)itl(T) + ß2FTO(t]>)JtTO(T)+ (28)

лзто

(T);

я4(Т) = а, [1 - F02(T)] [I - FC,(T)] 7t0(T) + а, [1 - F12(Т)] тг,(Т) + +a2[l

то

_ Pro (tp)]* 1ТО (Т); *то<Т) = 0 - а.)[1 - Fo2(T)] [1 - FB1 (Т)] 7с0(Т);

то (Т) = (1 - а,) [1 - F[2 (Т)] щ (Т); %то(Т) = п3(Т);

я0 (Т) + 7t, (Т) + тс2 (Т) + тг3 (Т) + я4 (Т) + 7tTO (Т) + 7t,T0 (Т) + язт0 (Т) = 1.

Истинное время нахождения локомотива в рассматриваемых состояниях

т

J

о

где ру — вероятность перехода из рассматриваемого состояния в работоспособное; Тц - время пребывания системы в этих состояниях; ^(т) — функции распределения времени шага процесса.

Наблюдаемое время обусловлено наличием ошибок диагностирования и определяется для всех состояний, в которых находится локомотив, по следующим формулам:

т тт

v0(T) = (Dо(Т) + р, fF02(x)dx; v,(T) = (1 - a,) J[l - F12(t)] + ßt jFI2(x)dx; 0 о о

т

v,(T) = a>1(T) + ßljFI2(T)dx; v2(T) = tp + t, +t,;

0 (30)

tP tP

v3(T) = T; v4(T) = tp; vX0(T) = (1-cc2) J[l-Fxo(t)] dx + ß2 Jfto(t) dt;

о о

tp+tg tp +tg

WT) = (l-a2) J [l-FT0(T)]dt + ß2 J FTO(T)dt; v3TO(T) = tp. о о

Для определения оптимального Tom и допустимого Тло„ времени между техническими обслуживаниями и ремонтами строятся графики зависимостей функционалов Кг(Т) и Кт.и(Т). Расчеты проводятся по формулам:

к т =_тс0(Т)оз0(Т) + тг,(Т)т1(Т) + я4(Т)ю4(Т)_.

Г *o(T)vo (Т) + tü1 (T)v, (Т) + к2 (T)v2 (Т) + 7i3 (T)v3 (Т) + тс4 (T)v4 (Т)'

Kr.cn=(я00>оСГ) +;iTi(T)ffljCr)+*4(Т>4(Т))/

/(h0(T)v0(T) + 7t1(T)v1 (Т) + *2(T)v2(T) + *3 (T)v3 CT) + (32)

+ж4 (T)v4 (T) + +7tTO (T)vTQ (T) + ciIT0 (T)vITO (T) + 7t3TO (T)v3TO (T)).

Результаты расчета по параметру « техническое состояние щеткодержателя ТЭД» приведены на рис. 9. Полученный теоретически интервал периодичности обслуживания 1400 < Трац < 7700 позволяет выбрать периодичность обслуживания, кратную действующим нормам. В данном случае выбираем Трац, равное 6324 ч, соответствующее норме «один раз в 8,5 мес.» (выполнение текущего ремонта ТР-2).

Одним из путей уменьшения расходов на ремонт магистральных локомотивов является оптимизация длины возвратного плеча L, которая в общем виде определяется выражением:

L = L[L/At , T"C,ß,K„,AH/AL.R^.L ,ts,

k (33)

' tp1 * ^бриг' P(l) > m(t)>To >KrCO, Кта CT)},

при Kr (T) > Kr (Тдоп ), KM (T) < Кти (Tolrr), Топт < Трац < Тдоп.

1,0000

Кг, кт

0,9992 -

0,9990

0 800 1600 2400 3200 4000 4800 5600 6400 ч 8000 Т -►

Рис. 9. Расчет Трщд для щеткодержателей ТЭД

Используя полумарковские модели обслуживания, получаем выражения для расчета комплексных показателей надежности:

^(тксо+утисг)__

К =

ЯоСГКСГ) + л,(Т)У1(Т) + +Л2(Т)У2(Т) + 7С3(Т)У3(Т)

(34)

К™ = (*о(Т)а>о(Т) + ^(1)0,(1))/ /(л0 (Т)у0(Т) + 7г1 (Т)у, (Т) + тг2(Т)у2(Т) + (Т) + я3(Т)у3 (Т) + (35) +ято(Т>то(Т) + Я1ТО(Т)У1ТО(Т) + тгзто(1>зто(Т)).

Среднее время пребывания локомотива *в исправном состоянии на оборотном плече Ь по к-му параметру определяется по формуле:

ТоХк -'

1то,

(Т)

(Т)

(36)

Совместное применение функционалов Кг (Т) и Кти (Т) определяет важное для практики отношение времени технического обслуживания к усредненному относительному времени нахождения локомотива по к-му параметру в состояниях технического обслуживания тТОк:

1

1

КГИ(Т) КГ(Т)

- = х

то.

(Т).

(37)

При этом

-ГТОк (Т) = *то(Т>то(Т) + *1Т0(Т>1Т0(Т) + 7гзто(Т)узто(Т); (38)

г (Т) - 71то(Т)УТо(Т) +л:1то(Т)у1ТО(Т) + язто(Т)узто(Т) ТОк 710(ТК(Т)+ 71,(1)^(1)

Преимущество предложенного метода заключается во введении третьего критерия в виде тТОк. Задаваясь готовностью изделия выполнить задачу (нахождение значения выбранного параметра в заданных пределах), можно определить Т0£, а по его значению — среднее расстояние между пунктами технического обслуживания локомотива.

В четвертом разделе предложена методика разработки технологической документации для организации технического обслуживания и ремонта тягового подвижного состава в локомотивных депо.

Базовым элементом технологической подготовки ремонтного производства является разработка технологического процесса, обеспечивающая наличие на предприятии полного комплекта технологической документации для организации и проведения технических обслуживании и ремонтов тягового подвижного состава.

При разработке технологических процессов ремонта производится выбор технологических операций и средств их технологического оснащения, указание требований на допуски, зазоры, усилия посадок, напрессовок, резьбовых соединений, качество обработки, точность сборки и т. п.

На основании разработанных технологических операций определяются технические условия на разработку нестандартного технологического оборудования.

Проектирование технологического процесса проводится в две стадии.

На первой стадии выполняется структурный анализ объекта ремонта (локомотива) для составления перечня сборочных единиц, элементов и деталей, входящих в его состав, и его структурной схемы.

На второй стадии разрабатываются варианты технологических маршрутов ремонта отдельных узлов, сборочных единиц и восстановления деталей. Структурная схема разработки технологического процесса приведена на рис. 10.

Для улучшения организации и управления ремонтным производством, уменьшения себестоимости и повышения качества ремонтных работ использовано информационно-динамическое моделирование процесса ремонта, которое позволяет определять взаимную связь между отдельными работами, влияние одной операции на другую.

Разработан типовой перечень технологической документации, необходимой для организации технического обслуживания и ремонта локомотивов в условиях депо, который включает в себя: титульный лист, ведомость технологической документации, карты технологического процесса, выполненные на маршрутных картах форм 1 и 16, карты эскизов, инструкции по технике безопасности (ссылка на нормативный документ по технику безопасности приводится в начале каждой операции, полный текст — в конце комплекта документов).

Разработаны типовые технологические карты для ремонта и технического обслуживания локомотивов, которые подлежат заполнению в соответствии с правилами оформления документов на технологические процессы: карты технологического процесса ремонта (КТПР), технологического процесса дефектации (КТПД), типового технологического процесса очистки (КТТПО), операционные карты наплавки (ОКН); карты эскизов (КЭ).

Разработанная методика позволяет определять подход к технологической подготовке ремонта, систематизировать и распределять трудовые ресурсы при выполнении работ, а также сократить объем технологической документации без ущерба для производства.

Методика передана в Департамент локомотивного хозяйства ОАО «РЖД» для использования при разработке распорядительно-технических материалов по организации технологических процессов ремонта и ТО локомотивов в локомотивных депо.

По предложенной методике разработаны и внедрены технологические процессы ремонта и технического обслуживания локомотивов в локомотивных депо Мариинск, Боготол, Красноярск, Иланская и Зима.

Структурный анализ объекта ремонта *

Составление структурной схемы локомотива по узлам и деталям ;

Составление вариантов технологических маршрутов ремонта отдельных узлов и деталей

I ........

Анализ исходных данных и обшей производственной обстановки, связанной

с ремонтом отдельных деталей *

Установление конструкторской и технологической баз . i

Установление технологического маршрута . последовательности ремонта

Выбор видов восстановления и ремонта отдельных деталей ' I

Выбор ремонтного оборудования

I ~

Сравнение нескольких вариантов по экономической эффективности и производительности

Определение структуры операций и оформление технологической документации

Рис. 10. Структурная схема разработки технологического процесса

В пятом разделе рассмотрены вопросы технического диагностирования при выполнении технических обслуживании и ремонтов тягового подвижного состава.

Одним из условий технологической готовности ремонтного производства является наличие диагностического оборудования.

Применение современных средств технической диагностики позволяет объективно определять техническое состояние агрегатов, узлов, деталей локомотива и качество выполненных ремонтных операций.

На основании методов объективного контроля при плановых видах ремонта локомотивов возможно ремонтировать сборочные единицы и детали в зависимости от их технического состояния, при этом сокращаются объем и стоимость ремонтных работ.

По причине неисправности тяговых электродвигателей происходит около 20 % заходов на неплановый ремонт, а количество неисправностей ТЭД составляет в среднем 17,1 и 12,0 % от количества всех неисправностей электровозов и тепловозов соответственно.

Многочисленными исследованиями подтверждается, что надежность тяговых электродвигателей в значительной степени определяется состоянием их коммутации.

Разработан прибор контроля качества коммутации однотипных тяговых электродвигателей при приемосдаточных испытаниях ПКК-РП, который позволяет измерять средние, среднеинтегральные и максимальные длительности импульсов искрения:

измеренные и допустимые значения (сигналы уставки) произведения средней и среднеинтегральной, а также максимальной длительностей дуговых разрядов.

Прибор ПКК-РП защищен авторским свидетельством (рис.11).

Разработан блок амплитудной коррекции, который обеспечивает повышение достоверности определения уровня искрения большой интенсивности. На схемное решение устройства получено авторское свидетельство. Экспериментально определенные графики зависимостей искрения в баллах ГОСТ 183-74 от показаний прибора ПКК-РП представлены на рис. 12, 13.

В процессе движения локомотива ось тягового электродвигателя совершает пространственные колебания, вызванные несимметрией геометрических параметров рельсового пути и колесной пары, а также неоднородностью физических параметров пути вдоль рельсового полотна. При этом якорь ТЭД наря-

И = 82п(грт-(VI)д0П)ч/8еп('^ - ^доп).

(40)

где 5№(т-т10П) =

соответственно

ду с собственным вращением может совершать повороты вокруг центра тяжести, т.е. совершать прецессионное движение. При этом под действием гироскопического момента

Мг = М<в) = и, х Ь0 = {-ч;я; 0; 9,}, (41)

в моторно-якорных подшипниках возникают силы

Т= У ' (42)

' 4

8 ■

А ЦК

В

О РП

С

гтя ЫПА

2,00 Баллы 1,75

1.50

1,25

1,00

Рис. 11. Функциональная схема прибора ПКК-РП

ГШ—

-м

2,00 Баллы 1,75

15

30 икс 45

1,50 1,25 1,00

рир

80 160 мко 240 -*-

т.т-Ю'-

Рис. 12. Зависимость интенсивности Рис. 13. Зависимость интенсивности искрения от максимального значения искрения от произведения среднего и

длительности для двигателя ТЛ-2К1

среднеинтегрального значении длительностей для двигателя ТЛ-2К1

Под действием этих сил ось якоря отклоняется от оси двигателя (угол р ) (рис, 14):

Еп, + С

з

(43)

Рис. 14. Расчетная схема для определения динамических параметров якоря

При отсутствии внешних воздействий у, и 9, могут появиться только за счет технологического несовершенства ремонта и сборки узлов ТЭД. Замеряя на стенде величины у, и 9, для эксплуатационных значений по формулам (42), (43) можно получить оценки радиальных сил в моторно-якорных подшипниках и несимметрии осей якоря и остова ТЭД, 'которые появятся в процессе эксплуатации за счет несовершенства технологии ремонта.

Дтя обеспечения необходимой точности измерения параметров поверхности коллектора разработана эталонная установка для проверки и метрологической аттестации приборов контроля профиля коллектора ТЭД. При оценке метрологических характеристик установки значение результирующей погрешности задания зазора изменением угла поворота вала при доверительной вероятности, равной 0,95, составила 0,3 мкм.

Предложен новый способ измерения воздушных зазоров в ТЭД, позволяющий выяснить характер неравномерности профиля железа якоря и главных и добавочных полюсов, т. е. полную геометрию немагнитного зазора. Способ защищен патентом на изобретение.

В шестом разделе предложены конструктивные решения и разработаны образцы нестандартного технологического оборудования для оснащения технологических процессов ремонта локомотивов.

Время нахождения в ремонте как отдельных узлов и деталей, так и локомотива в целом в основном определяется наличием в депо средств технологического оснащения, обеспечивающих механизацию ремонтных операций.

Оснащение необходимым оборудованием работ, находящихся на критическом и подкритических путях процесса ремонта, позволяет сократить время •выполнения этих работ, оптимизировать информационно-динамическую модель ремонта и использовать резерв времени для повышения качества ремонта.

Для повышения уровня технологического оснащения локомотивных депо разработан и усовершенствован комплекс нестандартного оборудования для механизации технологических процессов ремонта локомотивов.

Это прежде всего механизированные комплексы для ремонта (разборки-сборки) тележек, технологические участки разборки и сборки колесно-моторных блоков, технологические позиции ремонта тяговых электродвигателей и вспомогательных электрических машин локомотивов и т.д.

Конструкция портального модуля для ремонта КМБ (рис. 15) защищена

Рис. 15. Портальный модуль для ремонта КМБ: 1 - П-образная балка; 2 — платформа; 3 — механизм движения; 4 - подъемное устройство; 5 — тележка; 6 — гайковерт; 7 — редуктор; 8 - вал торцевого ключа; 9 - головка торцевого ключа; 10 - гидроцилиндр; 11 - шток; 12 - рабочая площадка; 13 — траверса; 14 — блок полиспастов; 15 - гидроцилиндр; 16 - дополнительная металлоконструкция; 17 - распорка; 18 - гидросъемник малой шестерни

Создан комплекс нестандартного технологического оборудования для ремонта электровоза ЭП1. Особое место в нем занимает оборудование технологического участка по ремонту колесно-редукторного блока (КРБ), которое позволяет производить разборку и сборку КРБ, а также его обкатку после ремонта с возможностью диагностирования. На технические решения установки для

распрессовш-запрессовки конических соединений (рис. 1 6) и стенда динамического контроля колесно-редукторных блоков (рис. 17) получены патенты на полезные модели. Конструкция установки позволяет производить и контроль качества полученного конического соединения. Это оборудование внедрено в ТЧ Шанская, что во многом определило готовность этого депо к выполнению среднего ремонта электровозов ЭП1.

Комплексы разработанного и усовершенствованного нестандартного технологического оборудования внедрены в технологические процессы ремонта в ряде базовых локомотивных депо сети железных дорог: Московка (ремонт КМБ, ТЭД, мойка колесных пар) и Карасук (ремонт тележек, ТЭД, вспомогательных машин) Западно-Сибирской; Боготол (ремонт тележек, КМБ, ТЭД, вспомогательных машин, мойка колесных пар) и Иланская (ремонт тележек, ТЭД, вспомогательных машин, КРБ электровозов ЭП1, снятие и установка тяговых устройств) Красноярской; Зима (ремонт тележек, КМБ, ТЭД, мойка колесных пар) и Нижнеудинск (ремонт ТЭД) Восточно-Сибирской и Чита (ремонт тележек, ТЭД) Забайкальской железных дорог и др.

Рис. 16. Установка для распрессовки-запрессовки конических соединений: 1,10 — гильза; 2, 11 - поршень; 3 - шток; 4, 5, 12 - крышки; б - опорная плита; 7 - пальцы; 8 - быстросъемные шайбы; 9 — тяга; 13 - плунжер; 14 - запорный клапан; 15 — наконечник; 16 - уплотнительная шайба; 17 - сквозное осевое капиллярное отверстие; 18 — камера; 19 — датчик давления; 20, 21 — быстро-

съемные муфты

Рис. 17. Стенд динамического контроля колесно-редукторных блоков: 1 - стойка; 2 - зажимы; 3 - шпиндель; 4 — прижимное устройство; 5 - винтовая пара; 6 - шпиндель; 7 - вал; 8 - пальцы; 9 - фланец; 10 - электропривод;

11 — кинематическая передача; 12 — блок торможения

Кривая изменения среднего времени простоя электровозов на неплановом ремонте в локомотивном депо Боготол Красноярской железной дороги за 2000 - 2005 гг. представлена на рис. 18. Именно в этом депо в указанный период была проведена реконструкция с расширением основных ремонтных цехов, внедрением разработанного технологического процесса и дооснащением нестандартным технологическим оборудованием. Это позволило существенно сократить среднее время простоя электровозов на неплановых ремонтах.

Рис. 18. Средний простой на неплановом ремонте электровозов в ТЧ Боготол

Особенно эффективна механизация ремонтных работ при комплексной организации ремонта локомотивов новых серий. Так, внедрение нестандартного оборудования для ремонта электровозов ЭП1 в ТЧ Иланская позволило опти-

мизировать технологический процесс ремонта по работам критического пути и обеспечить нормативное время выполнения среднего ремонта.

В седьмом разделе выполнена оценка экономической эффективности использования результатов диссертационной работы.

В качестве прибыли взята экономия годовых эксплуатационных расходов, полученная за счет сокращения времени проведения ремонтных мероприятий (простоя в ремонте) и высвобождения части ремонтного персонала депо в результате механизации технологических операций. Расходы определены как сумма единовременных затрат на создание и внедрение нестандартного технологического оборудования.

Выполненные расчеты экономической эффективности внедрения разработанных образцов оборудования семи наименований в девяти локомотивных депо четырех железных дорог- показали, что во всех депо обеспечивается чистый дисконтированный доход с индексом доходности выше единицы и сроком окупаемости в пределах нормативного.

Так, чистый дисконтированный доход за срок службы (10 лет) технологической позиции (стенда) разборки-сборки тяговых электродвигателей на два двигателя со встроенным гайковертом, внедренной в локомотивном депо Абакан Красноярской железной дороги, составит 352 тыс. р. с индексом доходности 1,76 р. на 1 р. затрат, а срок окупаемости равен 3,4 г.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

I

В результате проведенных исследований решена комплексная задача совершенствования технологической готовности производства при техническом обслуживании и ремонте ТПС использованием групповых технологий. Применение разработанных методик, технических и технологических решений позволяет обеспечить локомотиворемонтные предприятия полными комплектами технологической документации и средствами технологического оснащения для гарантированного осуществления заданного объема выпуска из ремонта локомотивов. Разработанные технологические процессы и нестандартное оборудование в период 2002 — 2006 гг. внедрены и успешно используются в производственных процессах ремонта в локомотивных депо шести железных дорог, что позволило механизировать технологические операции, сократить время простоя в ремонте, повысить качество и оптимизировать процесс ремонта, высвободить часть ремонтного персонала депо, обеспечивая при этом ритмичность выпуска и программу ремонта.

Разработанные математические модели критериев оценки влияния технологии ремонта на техническое состояние деталей и узлов локомотива пред-

ставлены выражениями в виде функционалов от конструктивных и технологических параметров и позволяют производить оценку размеров и допусков, которые необходимо обеспечить при выполнении ремонта, и определять исходные требования для разработки технических условий на проектирование и совершенствование технологических процессов и нестандартного ремонтного оборудования и оснастки.

Основные научные и практические результаты диссертационной работы состоят в следующем:

1. Для оценки влияния технологических параметров на техническое состояние локомотива предложены энергетические критерии, представленные кинетической энергией его составных частей, потенциальной энергией упруго-диссипативных связей в системах обрессоривания и узлах сочленения, а также энергией магнитных полей в тяговых электродвигателях.

2. Получены критерии оценки влияния технологических параметров кол-лекторно-щеточного узла на фактическую площадь контакта и глубину внедрения неровностей при контактном взаимодействии щеток с коллекторными пластинами в тяговом электродвигателе.

3. 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. Температура коллекторных пластин в зависимости от тока якоря может изменяться в 1,3 — 1,5 раза, что приводит к высоким температурным градиентам в коллек-торно-щеточном узле и отрицательно влияет на надежность ТЭД.

4. Разработаны математические модели оценки влияния конструктивных и технологических параметров локомотива на его техническое состояние 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.

6. Предложены математические модели для определения рациональной периодичности технического обслуживания и ремонта локомотивов и расположения пунктов ТОР с учетом условий эксплуатации, технического состояния локомотивов и ошибок диагностирования.

7. Создана методика разработки технологических процессов ремонта и технического обслуживания локомотивов, основанная на групповой технологии и конструкторско-технологической подготовке производства. В состав методи-

ки входят единая система подготовки и типовой перечень технологической документации для организации ремонта и технического обслуживания ТПС в условиях депо и типовые технологические карты. Разработанная методика позволяет определять подход к технологической подготовке ремонта, систематизировать и распределять трудовые ресурсы при выполнении работ, а также минимизировать объем технологической документации без ущерба для производства.

8. По созданной методике разработаны и внедрены технологические процессы текущих и среднего ремонтов электровозов ВЛ80 и ЭП1, тепловозов ТЭМ2 и 2ТЭ10 в локомотивных депо Боготол и Иланская Красноярской и Зима Восточно-Сибирской железных дорог. Методика принята Департаментом локомотивного хозяйства ОАО «РЖД» для использования при разработке организационно-распорядительных документов по обеспечению технологической готовности ремонтного производства в локомотивных депо.

9. 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. Схемные решения прибора защищены двумя авторскими свидетельствами на изобретения.

10. Разработаны эталонная установка и технология для поверки приборов контроля профиля коллекторов электрических машин. Предложена методика определения метрологических характеристик эталонной установки.

11. Разработаны способ и технология измерения воздушных зазоров между якорем и наконечниками главных и добавочных полюсов остова, позволяющие определять полную геометрию немагнитного зазора в электрической машине. Способ защищен патентом на изобретение.

12. Создан комплекс нестандартного технологического оборудования, которое позволяет механизировать технологические операции при ремонте тягового подвижного состава, повысить качество ремонта. Конструктивные решения портального модуля для технологического участка ремонта колесно-моторных блоков локомотивов защищены патентом на полезную модель.

13. Создан комплект технологического оборудования для ремонта колес-но-редукторных блоков (КРБ) электровоза новой серии ЭП1, которое позволяет выполнять технологические операции по разборке-сборке КРБ, а также его обкатку после ремонта с возможностью диагностирования. На технические решения установки для распрессовки-запрессовки конических соединений с функцией контроля качества полученного соединения и стенда для динамического контроля колесно-редукторных блоков получены патенты на полезные модели.

14. За период 2002 — 2006 гг. разработаны и усовершенствованы 22 наименования нестандартного оборудования (технологические участки, позиции, установки), различные модификации которого для различных серий ТПС внедрены в технологические процессы ремонта и успешно эксплуатируются в 17 локомотивных депо Октябрьской, Западно-Сибирской, Красноярской, Восточно-Сибирской, Забайкальской и Дальневосточной железных дорог. Ряд наименований разработанного оборудования включен в регламенты технологической оснащенности локомотивных депо ОАО «РЖД». Итогом выполненного комплекса работ является существенное (до 18-20%) снижение трудоемкости, до 11-12% - энергоемкости, до 21-23% - себестоимости ремонтных работ при росте производительности труда на 11-12%.

15. Выполнена оценка экономической эффективности совершенствования технологического оснащения локомотивных депо. Показано, что внедрение средств механизации технологических операций при ремонте локомотивов обеспечивает существенный дисконтированный доход, индекс доходности выше единицы, сроки окупаемости в пределах нормативного. Только по шести локомотивным депо, где проведено комплексное внедрение результатов диссертационной работы, годовой экономический эффект составил 14,6 млн. р.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Лузин В. М. Исследование влияния вихревых токов на магнитный поток в зоне коммутации / В. М. Лузин, С. Г. Шантаренко// Электромеханические и электромагнитные преобразователи энергии и управляемые электромеханические системы // Вестник УГТУ-УПИ № 5 (25) / Уральский гос. техн. ун-т. Екатеринбург, 2003. Ч. 1. С. 172 - 175.

2. Шантаренко С. Г. Обеспечение устойчивого обращения поездов повышенного веса на объединенном полигоне / С. Г. Шантаренко, С. В. Ш в е ц о в, А. А. Бакланов // Железнодорожный транспорт. 2004. № 11. С. 35-39.

3. Шантаренко С. Г. Опыт внедрения нестандартного технологического оборудования в локомотивных депо / С. Г. Шантаренко // Железнодорожный транспорт. 2005. № 1. С. 64 - 66.

4. Шантаренко С. Г. Обеспечить качество ремонта локомотивов в условиях депо / С. Г. Шантаренко // Локомотив. 2005. № 5. С. 34 - 35.

5. Бакланов А. А. Влияние веса поезда на техническое состояние электровозов / А. А. Бакланов, С. Г. Шантаренко, С. В. Швецов И Железнодорожный транспорт. 2005. № 5. С. 26 - 28.

6. Шантаренко С. Г. Влияние динамического поведения тягового электродвигателя на работу коллекторно-щеточного узла / С. Г. Шантарен-

ко// Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения / Ростовский гос. ун-т путей сообщения. Ростов-на-Дону, 2005. № 2. С. 29 - 34.

7. Харламов В. В. Повышение качества изготовления и ремонта коллекторов тяговых электродвигателей подвижного состава / В. В. Харламов, С. Г. Шантаренко, Ю. Я. Безбородое // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения / Ростовский гос. ун-т путей сообщения. Ростов-на-Дону, 2005. № 2. С. 22 - 29.

8. Ш а нтар е н к о С. Г. Новые технологии ремонта для электровозов ЭП1 / С. Г. Шантаренко// Локомотив. 2005. № 9. С. 34 - 36.

9. Шантаренко С. Г. Критерии оптимизации размещения пунктов технического обслуживания локомотивов / С. Г. Шантаренко // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения / Ростовский гос. ун-т путей сообщения. Ростов-на-Дону, 2005. № 3. С. 47-50.

10. Шантаренко С. Г. Моделирование процессов технического обслуживания локомотивов / С. Г. Шантаренко // Известия Томского политехнического университета. Томск, 2005. № 5. Т. 308. С. 169— 171.

П.Рауба А. А. Повышение качества ремонта и обслуживания подвижного состава / А. А. Рауба, В. С. Смольянинов, С. Г. Шантарен-к о // Железнодорожный транспорт. 2005. № 11. С. 12— 14.

12. Шантаренко С. Г. Потенциальная энергия якоря тягового электродвигателя /С. Г. Шантаренко // Известия Томского политехнического университета. Томск, 2005, № 6. Т. 308; С. 152 - 156.

13. Шантаренко С. Г. Колесо-рельс: распределение сил в момент трогания с места / С. Г. Шантаренко // Мир транспорта. 2005. № 4 (12). Раздел «Вопросы теории». С. 16 — 21.

14. Ш а н т ар е н к о С. Г. Технологическая документация — базовый элемент организации ремонтного производства в локомотивном депо: Монография,- М.: Компания Спутник+, 2006. 166 с.

15. Шантаренко С. Г. Влияние качества ремонта тяговых электродвигателей на их рабочие характеристики и коммутационную устойчивость / С. Г. Шантаренко, В. М. Лузин, В. А. Ковалев, В. К. Кузнецов // Новые технологии — железнодорожному транспорту: подготовка специалистов, организация перевозочного процесса, эксплуатация технических средств: Сб. науч. статей с междунар. участием / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2000. Ч. 3. С. 355-361.

16. Смольянинов В. С. Методика определения режимов вибродуговой наплавки валов при ремонте подвижного состава / В. С. Смольянинов, A.B. С м о л ь я-н ино в, С. Г. Шантаренко // Исследование процессов

взаимодействия объектов железнодорожного транспорта с окружающей средой: Сб. статей / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2000. С. 113 - 129.

17. Авилов В. Д. Основные элементы диагностической системы контроля технического состояния коллекторно-щеточного узла тяговых электрических машин постоянного тока / В. Д. Авилов, С. Г. Шантаренко и др. // Исследование процессов взаимодействия объектов железнодорожного транспорта с окружающей средой: Сб. статей / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2001. С. 64-76.

18. Ковалев В. А. Пути снижения затрат электрической энергии за счет совершенствования технологии ремонта тяговых электродвигателей / В. А. Ковалев, С. Г. Шантаренко и др. П Исследования и разработки ресурсосберегающих технологий на железнодорожном транспорте: Межвуз. сб. науч. тр. с междунар. участием / Самарский ин-т инж. ж.-д. трансп. Самара, 2001. С. 224,225.

19. Лузин В.М. Повышение эффективности эксплуатации локомотивов за счет улучшения качества ремонта / В. М. Л у з и н, С. Г. Ш а н т а р е н к о и др. // Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта Сибири и Дальнего Востока: Матер, всерос. науч.-практ. конф. / Дальневосточный гос. ун-т путей сообщения. Хабаровск, 2001. С. 94 — 99.

20. Шантаренко С. Г. Динамическое поведение тягового электродвигателя при движении магистрального электровоза / С. Г. Шантаренко // Проблемы безопасности на транспорте: Тезисы докл. междунар. науч.-практ. конф. / Белорусский гос. ун-ттрапсп. Гомель, 2002. С. 104, 105.

21.Шантаренко С. Г. Критерии качества функционирования тяговых! электродвигателей / С. Г. Шантаренко // Современные научно-технические проблемы транспорта России: Сб. матер. П междунар. науч.-практ. конф./ Ульяновский гос. техн. ун-т. Ульяновск, 2002. С. 30 - 33.

22. Ш а н т а р е н к о С. Г. Экспериментальные исследования воздушных зазоров в магнитной цепи тягового электродвигателя / С. Г. Шантаренко, В. М. Л у з и н // Труды V междунар. конф. «Электромеханика, электротехнология и электроматериаловедекие», МКЭЭЭ-2003 (ICEEE-2003) / Московский энергетический ин-т (техн. ун-т). Москва, 2003. Ч. 2. С. 219 - 224.

23. Шантаренко С. Г. Математическая модель динамического поведения тягового электродвигателя при движении локомотива по рельсовому пути/С. Г. Шантаренко // Сб. докл. междунар. конгр. «Механика и трибология транспортных систем-2003» / Ростовский гос. ун-т путей сообщения. Ростов-на-Дону, 2003. Т. 2. С. 372 - 374.

24. Ш а н т а р е н к о С. Г. Принципы оценки качества функционирования тягового подвижного состава / С. Г. Шантаренко // Актуальные про-

блемы развития транспорта России: стратегические, региональные, технические: Тр. междунар. науч. конф., посвященной 75-летию РГУПСа /Ростовский гос. ун-т путей сообщения. Ростов-на-Дону, 2004. С. 48, 49.

25. Ш а н т а р е н к о С. Г. Влияние вихревых токов в магнитопроводе на магнитный поток тягового электродвигателя / С. Г, Ш а н т а р е н к о // Методы и алгоритмы прикладной математики в технике, медицине и экономике: Материалы V междунар. науч.-практ. конф. / Южно-Российский гос. техн. ун-т. Новочеркасск, 2005. Ч. 3. С. 11 - 15.

26. Шантаренко С. Г. Принципы оценки качества функционирования тягового подвижного состава в структуре перевозочного процесса на железнодорожном транспорте / С. Г. Шантаренко // Материалы VIII междунар. на-уч.-практич. конф. «Наука и образование 2005» / Днепропетровский национал-ный ун-т ж.-д. трансп. Техника. Днепропетровск, 2005. Т. 60. С. 57 — 60.

27. К у з н е ц о в В. Ф. Начальная стадия движения поезда / В. Ф. К у з -нецов, С. Г. Шантаренко // Труды всерос. науч.-практич. конф. «Транс-порт-2005» / Ростовский гос. ун-т путей сообщения. Ростов-на-Дону, 2005.. Ч. 2. С. 306-308.

28. Шантаренко С. Г. Задачи рациональной организации процессов технического обслуживания и ремонта локомотивов / С. Г. Шантаренко // Тезисы 65-й междунар. науч.-практич. конф. «Проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта» / Днепропетровский национал, ун-т ж.-д. трансп. Днепропетровск, 2005. G. 51. '

29. К у з н е ц о в В. Ф. Подвижней контакт упругих тел с электрическим током / В. Ф. Кузнецов, С. Г. Шантаренко// Повышение износостойкости и долговечности машин и механизмов на транспорте: Труды третьего междунар. симпозиума по транспортной триботехнике «ТРАНСТРИБО-2005» / Санкт-Петербургский гос. политехи, ун-т. СПб, 2005. С. 45 — 50.

30. Шантаренко С. Г. Установка для распрессовки — запрессовки конических соединений / С. Г. Шантаренко// Сб. науч. тр. по материалам науч.-практич. конф. «Научные исследовалия и их практическое применения. Современное состояние и пути развития». Транспорт. Физика и математика / На-уч.-исслед. проект.-конструкт. ин-т морского флота Украины. Одесса, 2005. Т. 9. С. 39-44.

31. Шантаренко С. Г. Технологическая подготовка технического обслуживания и ремонта электровозов в локомотивных депо / С. Г. Шантаренко, В. А. Рыбик, М. Ф. Капустьян // Электрификация и развитие энергосберега-ющей инфраструктуры и электроподвижного состава на железнодорожном транспорте: Тезисы докл. на третьем междунар. симпозиуме «Eltrans-2005». СПб., 2005. С. 145,146.

32. Шантаренко С. Г. Динамика подвижного состава и энергетическое состояние тягового электродвигателя / С. Г. Шантаренко // Человек и общество: на рубеже тысячелетий: Международ, сб. науч. тр. Воронеж, 2005. Вып. 31. С. 366-378.

33. Шантаренко С. Г. Принципы моделирования динамического поведения подвижного состава / С. Г. Шантаренко// Проблемы исследования и проектирования машин: Сб. ст. междунар. науч.-практ. конф. / Пензенская гос. технолог, акад. Пенза, 2005. С. 35 - 38.

34. А. с. 1356931 СССР, МКИ3ООт 31/34. Устройство контроля работы щеточно-коллекторного узла электрической машины / Ю. Я. Безбородо в,

B. В. Харламов, В. А. Серегин, С. Г. Шантаренко (СССР). -№ 4019815/40-22; Заявлено 10.02.86; Опубл. 01.08.87. Бюл. № 22.

35. А. с. 1457034 СССР, МКИ3ООЖ 31/34. Устройство для диагностики и определения уровня искрения щеток электрических машин постоянного тока / Ю.Я.Безбородов, В. В. Харламов, В. А. Серегин, В. И. Тимошина, С. Г. Шантаренко (СССР). - № 4263138/24-07; Заявлено 15.05.87; Опубл. 07.02.89. Бюл. № 5.

36. Пат. 2192701 Россия, МКИ3 001Ю1/34. Способ измерения характеристики воздушных зазоров в электрических машинах / В. М. Лузин, А. В.Сазонов, В. А. Ковалев, А. К. Кузнецов, С. Г. Шантаренко (Россия). — №2000117876/09; Заявлено 05.07.2000; Опубл. 10.11.2002. Бюл. № 31.

. 37. Пат. 46966 Россия, МПК7В23Р 19/04, 19/06. Портальный модуль для колесно-моторного блока локомотива / А. А. Ш у л ь г а, А. П. Захаров, А. А. Скрипников, С. Г. Шантаренко (Россия). - № 2005102353/22; Заявлено 31.01.2005; Опубл. 10.08.2005. Бюл. № 22.

38. Пат. 52756 Россия, МПК В23Р 19/02. Установка для распрессовки-запрессовки конических соединений / А. А. Ш у л ь г а, А. П. Захаров,

C. Г. Шантаренко, А. А. Скрипников (Россия). - № 2005128078/22; Заявлено 07.09.2005; Опубл. 27.04.2006. Бюл. № 12.

39. Пат. 53011 Россия, МПК С01М 17/02. Стенд динамического контроля колесно-редукторных блоков / А. А. Ш у л ь г а, А. П. 3 а х а р о в, С. Г. Шантаренко, А. А. Скрипников (Россия). - №2005137440/22; Заявлено 01.12.2005; Опубл. 27.04.2006. Бюл. № 12.

Справка о личном участии автора диссертации в опубликованных работах

Работы [3, 4, 6, 8 - 10, 12 - 14, 20 - 22, 24 - 26, 28, 30, 32, 33] написаны без соавторов.

В работе [I] автором предложены методы теоретических и экспериментальных исследований магнитной индукции в зоне коммутации.

В работах [2, 5] выполнен анализ данных опытных поездок и результатов экспериментальных исследований по влиянию режимов работы локомотива на его техническое состояние.

В работе [7] автором предложена конструкция поверочной установки и исследованы вопросы повышения точности измерений.

Работа [11] содержит описание разработанных автором средств технологического оснащения.

Участие автора в работах [15, 19] выражается в использовании предложенной им схемы замещения магнитной цепи ТЭД для исследования влияния качества ремонта на работу локомотива.

В работе [16] автор выполнил расчеты режимов вибродуговой наплавки.

В работе [17] содержаться разработанные автором технические решения по контролю уровня искрения в коллекторно-щеточном узле ТЭД.

В работе [18] автором исследовано влияние послеремонтного эксцентриситета якоря на коммутационную устойчивость ТЭД.

В работе [23] участие автора выражается в подготовке и проведении эксперимента и анализа его результатов.

В работе [27] автором предложены расчетные схемы и методика расчета.

В работе [29] автором предложена методика и выполнен расчет температуры в коллекторно-щеточном узле ТЭД.

В работе [31] представлена предложенная автором методика разработки технологической документации.

В авторских свидетельствах на изобретения [34, 35] автором предложены схемные решения устройств для контроля уровня искрения в электрических машинах постоянного тока.

Патент РФ на изобретение [36] содержит предложенный автором способ одновременного измерения сигналов, пропорциональных электромагнитному полю в воздушном зазоре между подвижными и неподвижными массами.

Патент РФ на полезную модель [37] содержит предложенные автором технические решения по установке гидросъемников малых шестерен и дополнительной П-образной металлоконструкции.

В патенте РФ на полезную модель [38] автором предложен дополнительный нагнетательный гидроцилиндр с тягой, выполненной в виде двухступенчатого вала.

Патент РФ на полезную модель [39] содержит предложенные автором технические решения по полому шпинделю с валом и фланцем для соединения с испытуемым блоком.

Типография ОмГУПСа, 2006. Тираж 110 экз. Заказ 759. 644046, г. Омск, пр. Маркса, 35.

Введение.

1. Техническое обслуживание и ремонт локомотивов как определяющий фактор их технического состояния и качества функционирования в эксплуатации.

1.1. Условия эксплуатации и надежность тягового подвижного состава

1.1.1. Факторы, отрицательно влияющие на работу тягового подвижного состава.

1.1.2. Износ и повреждения деталей и узлов ТПС.

1.2. Техническое обслуживание и ремонт как необходимые условия обеспечения надежности тягового подвижного состава в эксплуатации

1.2.1. Ремонтное производство локомотивного депо

1.2.2. Существующая система ремонта тягового подвижного состава.

1.3. Техническое состояние локомотивного парка железных дорог.

1.3.1. Исследование технического состояния электровозов при вождении поездов повышенной массы.

1.3.2. Анализ технического состояния тягового подвижного состава.

1.4. Технологическая готовность производства при техническом обслуживании и ремонте локомотивов.

1.4.1. Технологическая документация для организации технического обслуживания и ремонта локомотивов

1.4.2. Технологическое оснащение ремонтного производства.

1.5. Постановка задач диссертационной работы.

2. Теоретические основы совершенствования технологии ремонта локомотивов.

2.1. Энергетические критерии оценки влияния технологических параметров (технологии ремонта) на техническое состояние локомотивов

2.2. Кинетическая и потенциальная энергии

2.2.1. Выбор обобщенных координат и систем отсчета.

2.2.2. Выражения энергий через обобщенные координаты

2.3. Оценка влияния технологических параметров на качество функционирования КМБ.

2.3.1. Трогание с места.

2.3.2. Разгон локомотива.

2.4. Параметрические модели термодинамических процессов в системе тягового электродвигателя

2.4.1. Тепловой расчет подшипников тягового двигателя.

2.4.2. Теплоэнергетические процессы в цепи якоря.

2.4.3. Тепловые потоки и температура в системе тягового двигателя.

Выводы

3. Моделирование процессов технического обслуживания и ремонта локомотивов.

3.1. Однокритериальное решение задачи рациональной организации технического обслуживания и ремонта

3.2. Формализация задачи оптимизации технического обслуживания и ремонта

3.3. Обоснование критериев рациональной организации процессов технического обслуживания и ремонта локомотивов.

3.4. Математические модели процессов технического обслуживания и ремонта

3.4.1. Модель, не учитывающая влияние ошибок диагностирования

3.4.2. Модель, учитывающая влияние ошибок диагностирования

3.5. Критерии оптимизации размещения пунктов технического обслуживания локомотивов.

Выводы

4. Разработка системы подготовки технологической документации для организации технического обслуживания и ремонта локомотивов.

4.1. Проектирование технологических процессов.

4.1.1. Стадии проектирования технологических процессов

4.1.2. Классификация деталей подвижного состава, подлежащих ремонту.

4.1.3. Информационное обеспечение разработки технологических процессов.

4.1.4. Информационно-динамическое моделирование и управление процессом ремонта локомотивов.

4.1.5. Технологическое проектирование основных цехов.

4.1.6. Определение эффективности варианта технологического процесса.

4.2. Разработка типового перечня необходимой технологической документации и типовых технологических карт для организации технического обслуживания и ремонта локомотивов в условиях депо

4.3. Апробация разработанной системы. Составление технологической документации на примере производственного процесса ремонта в базовом локомотивном депо.

Выводы

5. Техническое диагностирование в системе технологического оснащения ремонтного производства.

5.1. Тяговый электродвигатель как объект диагностирования в локомотиве.

5.2. Диагностирование и контроль качества работы коллекторно-щеточного узла тяговых электродвигателей

5.2.1. Оценка качества работы коллекторно-щеточного узла тяговых электродвигателей в процессе приемо-сдаточных испытаний.

5.2.2. Прибор контроля качества коммутации в процессе приемо-сдаточных испытаний тяговых двигателей

5.2.3. Оценка динамических составляющих радиальных сил и несоосности осей якоря и остова ТЭД, вызванных несовершенством технологии ремонта.

5.3 Контроль изготовления и ремонта коллекторов тяговых электродвигателей.

5.4. Экспериментальные исследования воздушных зазоров в магнитной цепи тягового электродвигателя.

Выводы

6. Оснащение производственных процессов ремонта локомотивов нестандартным технологическим оборудованием.

6.1. Механизированные ремонтные позиции.

6.1.1. Механизированные комплексы для ремонта тележек локомотивов.

6.1.2. Механизация процессов разборки-сборки колесно-моторных блоков локомотивов.

6.1.3. Механизация ремонта электрических машин

6.1.4. Технологический участок мойки колесных пар под высоким давлением

6.1.5. Оборудование для транспортировки узлов при ремонте.

6.1.6. Технологическая позиция снятия и установки тяговых устройств локомотивов.

6.1.7. Результаты механизации ремонтных операций

6.2. Технологическое оборудование для ремонта новых электровозов ЭП

6.2.1. Установка для распрессовки-запрессовки конических соединений

6.2.2. Стенд для демонтажа - монтажа тягового редуктора и колесной пары.

6.2.3. Стенд для разборки-сборки верхней половины редуктора.

6.2.4. Гидропресс для демонтажа-монтажа зубчатых колес.

6.2.5. Стенд динамического контроля колесно-редукторных блоков.

Выводы

7. Оценка технико-экономической эффективности совершенствования технологической готовности производства при ремонте тягового подвижного состава.

7.1. Оценка эффективности инвестиционных проектов.

7.2. Определение экономического эффекта внедрения в производственные процессы ремонта локомотивов нестандартного технологического оборудования.

7.3. Технико-экономический эффект от совершенствования организации производственных процессов ремонта.

Выводы

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 обслуживаний и ремонтов посредством 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, ("р/ 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. Евсеев, 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, A. Л. Лисицын, В. Н. Лисунов, А. П. Матвеевичев, В. Б. Медель, А. С. Нестрахов, В. А. Нехаев, Б. Д. Никифоров, 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

Л' вергов, Н. Г. Шабалин, В. Г. Щербаков и другие.

Диссертационная работа выполнена согласно планам фундаментальных, поисковых и прикладных научных исследований Омского государст8 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 № 33Оу, 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, ЗападноСибирской, 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.

1. 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. Разработаны эталонная установка и технология для поверки приборов контроля профиля коллекторов электрических машин. Предложена методика определения метрологических характеристик эталонной установки.

6. Разработаны способ и технология измерения воздушных зазоров между якорем и наконечниками главных и добавочных полюсов остова электрической машины. Способ защищен патентом на изобретение.

7. 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

12 колесно-моторных блоков локомотивов защищены патентом на полезную мо-^ дель.

8. Создан комплект нестандартного оборудования для оснащения технологического участка ремонта колесно-редукторных блоков (КРБ) электровоза новой серии ЭП1, 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.

9. 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.

1. Методика разработки технологической документации для организации технологических процессов технического обслуживания и ремонта ло

Ф комотивов в условиях депо принята Департаментом локомотивного хозяйства ОАО «РЖД» для использования в типовых организационно-распорядительных документах по обеспечению технологической готовности локомотиворемонтного производства.

2. Разработанная технологическая документация для организации производственных процессов текущих и среднего ремонтов ТПС внедрена в локомотивных депо Боготол (CP электровозов BJ180p), Иланская (CP электровозов ЭП1) Красноярской и Зима (ТР-2, ТР-3, CP тепловозов 2ТЭ10 и ТЭМ2) Восточно-Сибирской железных дорог.

3. Комплекты созданного нестандартного оборудования для механизации технологических процессов ремонта локомотивов внедрены и успешно эксплуатируются в локомотивных депо Карасук (ВЛ80, 2ТЭ10) и Московка

13

ВJI10) Западно-Сибирской; Боготол (BJI80p) и Иланская (ВЛ85) Краснояр-^ ской; Зима (ТЭ10, ТЭМ2) и Нижнеудинск (ВЛ80) Восточно-Сибирской; Чита (ВЛ80) Забайкальской железных дорог и др.

4. Созданный комплект нестандартного технологического оборудования для ремонта электровозов новой серии ЭП1 внедрен и успешно эксплуатируется в локомотивном депо Иланская Красноярской железной дороги.

5. 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 локомотивном 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,

14

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 все-'Ш российских 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.

1. Внедрение средств механизации технологических операций при ремон те локомотивов позволяет снизить трудоемкость выполняемых работ, сокра тить время простоя локомотивов в ремонте, обеспечивает чистый дисконти рованный доход, индекс доходности выше единицы, срок окупаемости в пре делах нормативного. 2. Итогом выполненного комплекса работ по совершенствованию организации

производственных процессов ремонта локомотивов является существенное (до

18-20%) снижение трудоемкости, до 11-12% - энергоемкости, до 21-23% - себе стоимости ремонтных работ при росте производительности труда на 11 -12%.З А К Л Ю Ч Е Н И Е

В результате проведенных исследований решена комплексная задача

совершенствования технологической готовности производства при техниче ском обслуживании и ремонте ТПС использованием групповых технологий. Применение разработанных методик, технических и технологических реше ний позволяет обеспечить локомотиворемонтные предприятия полными

комплектами технологической документации и средствами технологического

оснащения для гарантированного осуществления заданного объема выпуска

из ремонта локомотивов. Разработанные технологические процессы и не стандартное оборудование в период 2002 - 2006 гг. внедрены и успешно ис пользуются в производственных процессах ремонта в локомотивных депо

шести железных дорог, что позволило механизировать технологические опе рации, сократить время простоя в ремонте, повысить качество и оптимизиро вать процесс ремонта, высвободить часть ремонтного персонала депо, обес печивая при этом ритмичность выпуска и программу ремонта. Разработанные математические модели критериев оценки влияния

технологии ремонта на техническое состояние деталей и узлов локомотива

представлены выражениями в виде функционалов от конструктивных и тех нологических параметров и позволяют производить оценку размеров и до пусков, которые необходимо обеспечить при выполнении ремонта, и опреде лять исходные требования для разработки технических условий на проекти рование и совершенствование технологических процессов и нестандартного

ремонтного оборудования и оснастки. Основные научные и практические результаты диссертационной рабо ты состоят в следующем:

1. Для оценки влияния технологических параметров на техническое со стояние локомотива предложены энергетические критерии, представленные

кинетической энергией его составных частей, потенциальной энергией упру 333 го-диссипативных связей в системах обрессоривания и узлах сочленения, а

также энергией магнитных полей в тяговых электродвигателях. 2. Получены критерии оценки влияния технологических параметров

коллекторно-щеточного узла на фактическую площадь контакта и глубину

внедрения неровностей при контактном взаимодействии щеток с коллектор ными пластинами в тяговом электродвигателе. 3. Разработаны параметрические критерии оценки влияния технологи ческих параметров на формирование температуры конструктивных элемен тов тягового электродвигателя с детальным математическим описанием тер модинамических процессов контактного взаимодействия в коллекторно щеточном узле. Температура коллекторных пластин в зависимости от тока яко ря может изменяться в 1,3 - 1,5 раза, что приводит к высоким температурным

градиентам в коллекторно-щеточном узле и отрицательно влияет на надежность

4. Разработаны математические модели оценки влияния конструктив ных и технологических параметров локомотива на его техническое состоя ние в режимах трогания с места и разгона как наиболее сложных для функ ционирования тягового электродвигателя. 5. Получены математические выражения, позволяющие на стадии стен довых испытаний оценить радиальные силы в моторно-якорных подшипни ках и несимметрию осей якоря и остова ТЭД, которые появляются в процессе

эксплуатации за счет несовершенства технологии ремонта. 6. Предложены математические модели для определения рациональной

периодичности технического обслуживания и ремонта локомотивов и распо ложения пунктов ТОР с учетом условий эксплуатации, технического состоя ния локомотивов и ошибок диагностирования. 7. Создана методика разработки технологических процессов ремонта и

технического обслуживания локомотивов, основанная на групповой техноло гии и конструкторско-технологической подготовке производства. В состав

методики входят единая система подготовки и типовой перечень технологи 334 ческой документации для организации ремонта и технического обслужива ния ТПС в условиях депо и типовые технологические карты. Разработанная

методика позволяет определять подход к технологической подготовке ре монта, систематизировать и распределять трудовые ресурсы при выполнении

работ, а также минимизировать объем технологической документации без

ущерба для производства. 8. По созданной методике разработаны и внедрены технологические

процессы текущих и среднего ремонтов электровозов ВЛ80 и ЭП1, теплово зов ТЭМ2 и 2ТЭ10 в локомотивных депо Боготол и Иланская Красноярской и

Зима Восточно-Сибирской железных дорог. Методика принята Департамен том локомотивного хозяйства ОАО «РЖД» для использования при разработ ке организационно-распорядительных документов по обеспечению техноло гической готовности ремонтного производства в локомотивных депо. 9. Разработаны прибор и технология контроля качества коммутации

однотипных тяговых электродвигателей при приемо-сдаточных испытаниях. Это позволяет измерять средние, среднеинтегральные и максимальные зна чения длительности импульсов искрения, производить оценку качества

коммутации по принципу допускового контроля. Схемные решения прибора

защищены двумя авторскими свидетельствами на изобретения. 10. Разработаны эталонная установка и технология для поверки прибо ров контроля профиля коллекторов электрических машин. Предложена ме тодика определения метрологических характеристик эталонной установки. 11. Разработаны способ и технология измерения воздушных зазоров

между якорем и наконечниками главных и добавочных полюсов остова, по зволяющие определять полную геометрию немагнитного зазора в электриче ской машине. Способ защищен патентом на изобретение. 12. Создан комплекс нестандартного технологического оборудования,

которое позволяет механизировать технологические операции при ремонте

тягового подвижного состава, повысить качество ремонта. Конструктивные

решения портального модуля для технологического участка ремонта колес 335 но-моторных блоков локомотивов защищены патентом на полезную

модель. 13. Создан комплект технологического оборудования для ремонта ко лесно-редукторных блоков (КРБ) электровоза новой серии ЭП1, которое по зволяет выполнять технологические операции по разборке-сборке КРБ, а

также его обкатку после ремонта с возможностью диагностирования. На тех нические рещения установки для распрессовки-запрессовки конических соеди нений с функцией контроля качества полученного соединения и стенда для ди намического контроля колесно-редукторных блоков получены патенты на по лезные модели. 14. За период 2002 - 2006 гг. разработаны и усоверщенствованы 22 на именования нестандартного оборудования (технологические участки, позиции,

установки), различные модификации которого для различных серий ТПС вне дрены в технологические процессы ремонта и успешно эксплуатируются в

17 локомотивных депо Октябрьской, Западно-Сибирской, Красноярской, Вос точно-Сибирской, Забайкальской и Дальневосточной железных дорог. Ряд на именований разработанного оборудования включен в регламенты технологиче ской оснащенности локомотивных депо ОАО «РЖД». Итогом выполненного

комплекса работ является существенное (до 18 - 20 %) снижение трудоемкости,

до 11 - 12% - энергоемкости, до 21 - 23 % - себестоимости ремонтных работ

при росте производительности труда на 11 - 12 %. 15. Выполнена оценка экономической эффективности совершенствова ния технологического оснащения локомотивных депо. Показано, что внедре ние средств механизации технологических операций при ремонте локомоти вов обеспечивает существенный дисконтированный доход, индекс доходно сти выше единицы, сроки окупаемости в пределах нормативного. Только по

шести локомотивным депо, где проведено комплексное внедрение результа тов диссертационной работы, годовой экономический эффект составил

14,6 млн. р.

1. Техника. Днепропетровск, 2005. 57 60. 12 Г о р с к и й А. В. Оптимизация системы ремонта локомотивов А. В. Горский, А. А. Воробьев. М.: Транспорт, 1994. 208 с. 13 ГОСТ 27.002-

2. Тяговой подвижной состав (ТПС). Система технического обслуживания и ремонта. Термины и определения. 19Дибагян порт, 1990. 285 с. 20 Положение о системе технического обслуживания и ремонта локомотивов ОАО «РЖД». Утверждено распоряжением ОАО «РЖД» от 17.01.2005 г. Зр. А. В. Оптимизация технических систем транспорта А. В. Дибагян, Е. Г. Пинаев, А. Е. Голоскоков, Е. Ф. Косиченко. М.: Транс- 338

3. Технологическое обеспечение создания продукции. Технологическая подготовка производства. М.: Изд-во стандартов, 1996. 26 с. 30 ГОСТ 14.004-

4. Технологическая подготовка производства. Термины и определения основных понятий. М.: Изд-во стандартов, 2003. 9 с. 31Лобода Е. А. Единая система технологической документации: Справочное пособие Е. А. Лобода, В. Г. Мартынов, Б. Мендриков и др. М.: Изд-во стандартов, 1992. 325 с. 339

5. Новочеркасск, 2005. 1 1 1 5 40 Ш а н т а р е н к о Г. Математическая модель динамического поведения тягового электродвигателя при движении локомотива по рельсовому пути Г. Шантаренко Сборник докладов международного конгресса «Механика и трибология транспортных систем-2003» сентябрь 2003 г. Ростовский гос. ун-т путей сообщения. В 2 т. Т.

6. Ростов-на-Дону, 2003. 372 374. 4 1 Л о г и н о в а Е. Ю. Совершенствование методов анализа теплового состояния тяговых электродвигателей тепловозов и характеристик их систем охлаждения Е. Ю. Логинова: Автореф. дис. докт. техн. наук. Москва, 2000.48 с. 42 Г и о е в 3. Г. Основы виброакустической диагностики тяговых приводов локомотивов 3. Г. Гиоев: Автореф. дис. докт. техн. наук. Ростов-на-Дону, 1998. 48 с. Ф е н Дж. Машины, энергия, энтропия Дж. Фен. М.: Мир, 1986. 340

7. Омск, 1971. 9-16. 60 Н а в л е н к о А. Н. Динамика тяговых приводов магистральных локомотивов А. П. Павленко. М.: Машиностроение, 1991. 192 с. 6 1 П а х о м о в М. П. Оценка параметров сил упругого сопротивления пути М. П. Пахомов, Н. П. Буйнова, И. И. Галиев и др. Взаимодействие подвижного состава и пути, динамика локомотивов Межвуз. сб. науч. тр. Омский ин-т инж. ж.-д. трансп. Т.

8. Воронеж, 2005. 366 378. 65 Ш а н т а р е н к о Г. Принципы моделирования динамического поведения подвижного состава Г. Шантаренко Проблемы исследования и проектирования машин: Сб. статей Международ, науч.-практ. конф. Пензенская гос. технолог, акад. Пенза, 2005. 35 38. 342

9. Ростов-на-Дону, 2005. 306 308. 81 Ш а н т а р е н к о Г. Колесо-рельс: распределение сил в момент трогания с места Г. Шантаренко //Мир транспорта. 2005. J b 4 (12).

10. Омск, 1987. 37 с. 109 Д р у ж и н и н Г. В. Методы оценки и прогнозирования качества Г. В. Дружинин. М.: Радио и связь, 1982. 160 с. 110 Д е р ж о Г. Г. Количественная оценка вклада систем связи в безопасность технологических процессов на железнодорожном транспорте Г. Г. Держо: Монография. М.: Маршрут, 2006. 128 с. 111 Д е р ж о Г. Г. Оптимизация процессов технического обслуживания больших технических систем Г. Г. Держо, Лутченко Энергосбе346

11. Новосибирск, 1976. 112-113. 127 Д е р ж о Г. Г. Граф состояний обслуживаемой сложной системы, подверженной разрегулировке Г. Г. Держо. Омск, 1987. 17 с. Деп. в ЬЩИИТЭИ МПС 04.08.87, 4048. 128 И г н а т о в В. А. Определение оптимальной периодичности проведения профилактического обслуживания В. А. Игнатов// Методы определения эксплуатационной надежности авиационного оборудования: Сб. науч. тр. Вып.

12. Киев, 1968. 19-21. 129 И ц и к с о н А. И. Оптимизация организационной структуры пунктов технического обслуживания железнодорожных радиостанций А. И. Ициксон Техническое обслуживание устройств железнодорожной технологической радиосвязи: Сб. науч. тр. Всесоюз. науч.-исслед. ин-т ж.-д. трансп. М.: Транспорт. 1985. 21-25. 130 Ш а н т а р е н к о Г. Моделирование процессов технического обслуживания локомотивов Г. Шантаренко Известия Томского политехнического университета. Т.

13. Устройство для объективной оценки коммутации электрических машин Ю. Я. Безбородов, В. В. Харламов, В. А. Серегин, В. Н. Козлов Открытия. Изобретения. 1988. J f 1. N e 184. А. с. 1372434 СССР, МКИ Н 01 R 39/

14. Устройство для определения уровня искрения щеток электрической машины постоянного тока В. В. Харламов Открытия. Изобретения. 1988. J f 5. Se 185 А. с. 1356931 СССР, МКИвОЖ 31/

15. Бесконтактный профилометр для контроля мекрогеометрии коллекторов электрических машин В. В. Харламов, Ю. Я. Безбородов, В. Н. Козлов Открытия. Изобретения. 1988. 19. C. 152. 197 М и т р о п о л ь с к и й А. К. Техника статистических вычислений А. К. Митропольский. М., 1975. 576 с. 354

16. Способ измерения характеристики воздушных зазоров в электрических машинах В. М. Лузин, А. В. Сазонов, В. А. Ковалев, А. К. Кузнецов, Г. Шантаренко. 203 Ч е т в е р г о в В. А. Надежность локомотивов В. А. Четвергов, А. Д. Пузанков: Учебник для вузов ж.-д. трансп. М.: Маршрут, 2003. 415 с. 204 ЦТ17. Правила текущего ремонта и технического обслуживания электровозов переменного тока Мин-во путей сообщения Российской Федерации. М., 1999.404с. 205 Ш а н т а р е н к о Г. Опыт внедрения нестандартного технологического оборудования в локомотивных депо Г. Шантаренко Железнодорожный транспорт, 2005. Л 2 1. 64 66. Г 206 Патент на полезную модель Ш 46966 Россия, МПК В23Р 19/04, 19/

18. Портальный модуль для колесно-моторного блока локомотива А. А. Шульга, А. П. Захаров, А. А. Скрипников, Г. Шантаренко 207 Ш а н т а р е н к о Г. Повые технологии ремонта для электровозов ЭП1 Г. Шантаренко Локомотив, 2005. 2 9. 34 36. 355

19. Самара, 2001. 224-226. 356