автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.22, диссертация на тему:Методика повышения эксплуатационной надежности тормозной системы грузовых вагонов

Международный межакадемический союз 10-6

--На правах рукописи

1666

Ломакин Иван Сергеевич

МЕТОДИКА ПОВЫШЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ ТОРМОЗНОЙ СИСТЕМЫ ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ

Специальность: 05.02.22 - Организация производства

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук в форме научного доклада.

Москва 2010 г.

Работа выполнена в ОАО «Российские железные дороги»

Научный руководитель:

роги»

доктор технических наук, Начальник Центральной Дирекции по ремонту грузовых вагонов -филиала ОАО «Российские железные до-

Бочкарев Николай Алексеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Спиридонов Эрнст Серафимович доктор технических наук Миронов Леонид Алексеевич

Защита состоится • 2010 года на заседании диссертационного со-

вета Д.06.024.МАИ 032 Высшей Межакадемической аттестационной комиссии.

С диссертацией в форме научного доклада можно ознакомиться в диссертационном совете Д.06.024.МАИ 032.

Автореферат разослан_, 2010 г.

Учёный секретарь диссертационного совета доктор технических наук,

профессор (ГТс^-'1 Г.Е.Лазарев

/

I ГОСУДАРСТВ*"""" .

библиотека 1 2 010___1

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность проблемы.

Организация перевозочного процесса связана, в первую очередь, с выполнением плана перевозок при безусловном обеспечении безопасности движения. В настоящее время ОАО «Российские железные дороги»(ОАО «РЖД») планирует продавать «нитки графика» различным компаниям и заинтересовано в увеличении количества «ниток графика».

Такая цель предполагает ответственность за обеспечение безопасности движения, надежность работы подвижного состава и всей инфраструктуры железных дорог, а также профессиональную подготовку персонала, который должен работать в условиях определенной неполноты и недостоверности полученной информации.

Совершенствование перевозочного процесса осуществляется, главным образом, посредством модернизации существующей системы и за счет комплексных проектов.

Все выше сказанное в полной мере относится к подвижному составу, и в первую очередь, грузовым вагонам, а именно к их ходовой части.

Так отказы технических средств только по Центральной дирекции по ремонту грузовых вагонов (ЦЦРВ) за 8 месяцев 2010 года (рис.1) составили оп буксовым узлам 61, 4% тормозной системе 36, 3% , а по остальным системам автосцепное оборудование, кузов, тележки, колесные пары) лишь 2,4% .

Настоящее исследование направлено на повышение надежности тормозной системы. Так потери в часах по устранению неисправностей основных частей тормозной системы в часах за период 2007-2008 гг. и 2008-2009 гг. соответственно составили:

^ воздухораспределитель - 173; 765; ^ тормозной цилиндр - 14; 17; ^ арматура тормозного оборудования - 31; 62; ^ тормозная магистраль - 85; 175;

Анализ отказов технических средств в ЦДРВ за период с 31.12.2009г.

по 31.08.2010 г.

Автосцепное Кузов _Тележки

Рис.1

резервуар грузового вагона - 3; 4; ^ ручной тормоз - 2; 1; ^ авторежим - 1;9; ^ рычажная передача - 19; 37;

тормозное подвешивание - 2; 3;

Трудоемкость ремонта различных частей тормозной системы существенно отличается друг от друга. Тем не менее явно прослеживается тенденция роста трудоемкости ремонтно-восстановительных работ тормозной системы в целом.

Это со всей очевидностью говорит об актуальности поставленной задачи. Цели и задачи исследования.

Целью данного диссертационного исследования является разработка методики, которая бы позволила увеличить эксплуатационную надежность тормозной системы грузовых вагонов.

В соответствии с этой целью в работе были решены следующие вопросы:

1. Проведен анализ работы тормозной системы грузовых вагонов.

2. Разработаны требования к методике повышения эксплуатационной надежности тормозной системы грузовых вагонов.

3. Ранжированы по степени влияния на безопасность движения отказы отдельных узлов и агрегатов тормозной системы

4. Предложен комплексный подход в решении проблемы повышения надежности тормозной системы.

5. Реализован принцип дистанционного управления и контроля устройством зарядки и опробования тормозов (УЗОТ).

6. Разработаны алгоритм и программное обеспечение для мониторинга наиболее опасного состояния тормозной системы - замедленный отпуск тормозных колодок (залипание).

7. Предложена система ступенчатого нагружения тормозной магистрали с целью выявления потенциально ненадежных воздухораспределителей.

8. Разработан метод, исключающий возможность контроля одного и того же воздухораспределителя под разными номерами на стенде контроля воздухораспределителей (УКВР).

Научная новизна диссертации.

К научной новизне диссертации относится:

1. Разработка алгоритма и программного обеспечения, позволяющая исключить повторную проверку воздухораспределителя на стенде УКВР.

2. Исследование и реализация метода динамического мониторинга наиболее опасного дефекта тормозной магистрали - медленного отхода ко-

лодок от колеса при прохождении грузовых вагонов мимо комплекса контроля температуры нагрева колесных пар (КТСМ).

3. Разработана программа кратковременного нагружения тормозной магистрали экстремальными значениями давления и экспозиции с целью выявления потенциально ненадежных воздухораспределителей.

4. Разработана система дистанционного управления и контроля устройством зарядки и опробованием тормозной магистрали.

5. Систематизировано ранжирование по степени влияния на безопасность перевозок отказов отдельных узлов и агрегатов тормозной системы.

6. Предложен метод комплексного решения повышения эксплуатационной надежности тормозной системы грузовых вагонов.

7. Разработана схема совместной компоновки КТСМ и ПТО (пункт технического обслуживания), позволяющая оптимально сочетать индикацию несанкционированного подвода и отвода тормозных колодок с возможностью мобильного устранения выявленных дефектов.

Практическая значимость работы.

На основании полученных результатов создан экспериментальный технологический комплекс на основе модернизированных УКВР и УЗОТ, эксплуатация которого полностью положительно подтвердила результаты проведенного исследования. Внедрение результатов методики начато в 2010 году и будет закончено 2011-2012 годах. Структура и объем работы.

Научный доклад состоит из 3-х глав, заключение, списка научных трудов по теме диссертации и списка использованной литературы.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ НАУЧНОГО ДОКЛАДА.

Глава 1. Анализы работы тормозной системы грузовых вагонов.

Многолетняя статистика эксплуатации грузового парка показала, что отказы тормозной системы грузовых вагонов прочно закрепились на втором месте (36,3%) после неисправностей буксовых узлов колесных пар (61,4%), а ежегодные задержки грузовых поездов достигают 20 тысяч железнодорожных составов.

В свою очередь, анализ работы тормозной системы показал, что на долю воздухораспределителей приходится 67% неисправностей и на тормозную магистраль 24,1% (рисунок 2).

Анализ отказов тормозного оборудования в ЦДРВ за период с 31.12.2009г. по 31.08.2010 г.

Ручной тормоз 0,0%

Резервуары грузового вагона 0,1%

Тормозная магистраль _ 24,1%

Арматура тормозного оборудования 4,1%

Тормозной цилиндр 1,1%

Авторежим

0,4%

Рычажная передача 2,4%

Тормозное -подвешивание

0,3%

Воздухораспределитель 67,5%

Рис.2

Эти две цифры во многом предопределили дальнейшее направление исследований по изысканию путей повышения надежности эксплуатационной работы тормозной системы грузовых вагонов.

Длительный анализ работы воздухораспределителей дал еще более детальную палитру отказов (рисунок 3).

Анализ отказов воздухораспределителей грузовых вагонов по службе вагонного хозяйства и ДРВ Свердловской железной дороги за период с 01.01.2009г. по 14.09.2010 г.

Замедленный отпуск 35,1%

-'Г

Прочие неисправности

воздухораспределителей (в том числе: неисправность воздухораспределителя без указания причины отказа; обрыв цепочки поводка выпускного клапана;засорение

калибровочного отверстия диаметром 0,5мм канала рабочей камеры и др.)

59,6%

Самопроизвольное срабатывание тормоза 5,3%

Рис.3

Замедленный отпуск тормозных колодок является опаснейшим дефектом, так как залипание колодок на колесе колесной пары приводит к его интенсивному нагреву, повышенному разогреву шейки оси колесной пары с последующей ее поломкой, а это неизбежно - катастрофическая ситуация.

Для обеспечения высокой эксплуатационной надежности тормозной системы в технологии ремонта и подготовки тормозной системы при формировании грузовых составов широко используется в условиях ремонтных депо стенды контроля воздухораспределителей (УКВР) и системы заправки и опробования тормозов (УЗОТ).

Во многом нестабильная работа тормозных систем определяется рядом недостатков в конструктивном, технологическом и организационном планах как УКВР, так и УЗОТ.

В настоящее время существует и эксплуатируется УКВР для проверки технических характеристик воздухораспределителей.

Данный стенд позволяет автоматизировать контроль-измерительные операции при приемо-сдаточных испытаниях на заводе-изготовителе и послере-монтных деповских условиях на железнодорожном транспорте. Структурная схема стенда показана на рисунке 4.

Рис.4. Структурная схема УКВР УКВР в пределах полного пункта обслуживания воздухораспределителей соединяется в единую сеть с помощью устройств автоматической регистрации. Эти устройства представляют собой программу, работающую на компьютере, последовательный порт которого подключается с помощью переходного устройства кабеля связи и платы преобразователя к платам процессоров УКВР. Скорость передачи информации по кабелю связи обеспечивается до 9600 Бод. При этом имеется возможность распечатки результатов проверки устройств на матричном принтере. В программе регистрации компьютера, работающей только в операционной системе Widows 98, производится анализ и сохранение параметров проверки, просмотр и поиск накопленной информации.

УКВР состоит из двух самостоятельно функционирующих частей, поставляемых совместно на одном столе или по отдельности (УКВР-ГЦ) и (УКВР-МЦ).

УКВР-ГЧ предназначена для испытаний главных частей воздухораспределителей. УКВР-ГЦ предназначена для испытаний магистральных частей воздухораспределителей. Различие между УКВР-ГЧ и УКВР-ГЦ состоит в пневматической схеме, реализованной в конструкции электропневматичного блока.

Структурная схема УКВР-ГЧ и УКВР-ГЦ содержит блок питании (БП), блок управления (БУ) и электропневматический блок (ЭПБ).

При работе УКВР БУ вырабатывает сигналы, воздействующие на электропневматические вентили. Управляющие сигналы вырабатываются по программе, реализующей методику испытания воздухораспределителей. В каждом цикле ЭПБ создает пневматические воздействия на воздухораспределитель посредством коммутаций его камер к питающей воздушной магистрали, к атмосфере или между собой.

В зависимости от технического состояния узлов и деталей в камерах и каналах воздухораспределителя возникают различные давления и перепады давления при фиксированных промежутках времени. Датчики давления формируют напряжения пропорциональные давлению в соответствующих камерах воздухораспределителя.

БУ производит преобразование сигналов датчиков давления, формирует необходимые временные интервалы, производит логический анализ измерительной информации и индицирует техническое состояние на дисплее. Помимо этого БУ осуществляет запоминание конкретных значений давления в камерах воздухораспределителя за различные циклы. Оператору предоставляется возможность вывести необходимую информацию на дисплей по окончанию цикла проверки.

Непосредственно после включения стенда БУ непрерывно производит обмен данными по радиоканалу с программой регистрации (ПР), установленной

на персональном компьютере. ПР производит сохранение и отображение измерительной информации о техническом состоянии воздухораспределителя в удобном для анализа виде.

По окончанию проверки имеется возможность рассмотреть в ПР техническое состояние воздухораспределителя в каждом цикле проверки, а так же выявленные неисправности и рекомендации по их устранению. Сохранение данных осуществляется за счет единой базы для всех проверяемых воздураспреде-лителей.

К недостаткам УКВР следует отнести:

Требуется прокладка кабеля от устройства к компьютеру, что в эксплуатационных условиях достаточно затруднительно. При этом кабели легко повреждаются в условиях большого скопления тяжелых устройств из метала, так же они подвержены постоянному воздействию влаги, что особенно важно при нарушении внешней изоляции.

Блоки управления выполнены на устаревшей элементной базе, что усложняет их ремонт и обслуживание.

Для связи с программой регистрации по мимо кабелей требуется переходное устройство и платы преобразователей для каждого подключаемого стенда, что значительно усложняет конструкцию и уменьшает надежность системы в целом, в частности, в связи с применением большого числа ненадежных разъемов.

Программа регистрации работает только на операционной системе WINDOWS 98.

Не предусмотрена возможность анализа и сравнения результатов проверки воздухораспределителей для выявления махинаций с использованием для проверки всех воздухораспределителей одного годного образца.

В практике железнодорожных технологий широко используются системы зарядки и опробования тормозов с регистрацией результатов выполненных операций.

УЗОТ включает в себя пульт оператора парка (ПОП), непосредственно само устройство зарядки и опробования тормозов, электрические и пневматические коммуникации.

УЗОТ предназначено для зарядки и опробования тормозов подвижного состава железных дорог на пунктах технического обслуживания (ПТО) в парках отправления с формированием и сохранением в электронном виде отчетов по обработке тормозов поезда, суточном отчете и передаче данных в систему АСУ ПТО.

УЗОТ позволяет автоматизировать процессы подготовки подвижного состава в парках отправлений, осуществлять контроль за качеством подготовки тормозов и соблюдением технологической дисциплины в парке.

Недостатки данного устройства сводятся к следующему.

Основным недостатком системы является необходимость прокладки многожильного кабеля от помещения оператора парка до помещения, где располагаются электропневматические блоки (ЭПБ) для организации связей между электронным блоком управления (ЭПБУ) и электропневматическим блоком (ЭПБ). Это обусловлено тем, что передача данных от датчиков давления и плотности тормозной сети состава передается в аналоговом виде. В результате чего на прокладку линии связей накладывается ряд требований, которые в некоторых случаях выполнить не предоставляется возможным. К этим требованиям относятся: максимальная длина линии связи составляет 500 метров; при длине линии связи 100 метров и более максимальное сопротивление жил кабеля должно составлять не более двух Ом; линяя связи должна прокладываться кабелем типа СБВГ, СБВБ, СБГБ числом жил не менее 30 в диаметре 1 мм каждая. В результате этого максимальное расстояние от помещения оператора парка до помещения с установленными электропневматическими блоками, которое, как правило, должно располагаться в горловине парка, составляет 500 метров. Прокладка кабеля между помещением, где располагается пульт оператора парка и помещени-

ем СПБ требует значительных дополнительных капиталовложений, что не всегда возможно.

Вследствие того, что передача данных от датчиков производится в аналоговом виде и на большое расстояние, данные от датчиков могут искажаться под воздействием электромагнитных полей. Что в свою очередь приводит к ошибочным результатам опробования тормозов грузового состава.

Топология размещения структурных элементов УЗОТ, к которым относится ЭБУ, поп и ЭПБ, статично задается при проектировании. Для ее изменения в процессе эксплуатации потребуются дополнительные капиталовложения. В УЗОТ также отсутствует возможность определения места самопроизвольного срабатывания тормозов (СПС). В результате чего при возникновении СПС в ходе пробирования тормозов время опробования увеличивается на величину, которая будет затрачена на поиск места СПС вручную. Так же отсутствует возможность выявления неисправных тормозных приборов с замедленным отпуском. Поэтому в ходе осмотра подвижного состава приборы с неуказанной неисправностью могут остаться не выявленными.

Питание систем воздухом от промышленной магистрали загрязняет воздушные подводы к тестирующимся приборам, отсутствует автоматическая индикация тормозов с замедленным отпуском и автоматическая система индикации самопроизвольного включения тормозов.

В целом тормозная система не имеет возможности мониторирования появления несанкционированного контакта тормозных колодок с колесами колесных пар грузовых вагонов.

Глава 2. Требования к методике повышения эксплуатационной надежности тормозной системы грузовШх вагонов.

Требования к стенду УКВР.

В разрабатываемой версии УКВР, обмен данными с программой регистрации должен производиться по радио каналу с использованием радиомодемов на разрешенных частотах. При этом должна исключаться необходимость в использовании переходных устройств, кабелей связей, плат преобразований, значительно усложняющих конструкцию и уменьшающую надежность системы в целом. Должна быть увеличена скорость передачи информации по радиоканалу до 115200 Бод и реализована возможность распечатки результатов проверки устройств на лазерном и струйным принтерах.

Программа регистрации для нового варианта УКВР должна работать в системах Windows ХР и Widows Vista и реализовывать следующие функции:

Анализ сравнения результатов проверки воздухораспределителей для выявления махинаций обслуживающего персонала, связанных с использованием для фальсификации результатов проверки неисправных воздухораспределителей одного исправного.

Возможность управления и настройки стендов.

Отображение полной информации для каждого подключенного устройство, включая:

- режим работы и номер цикла проверки;

- серийный номер и тип проверяемого устройства;

- значение измеряемых величин;

- неисправности и рекомендации по их исправлению;

- длительность текущего цикла;

- время выполнения цикла;

- управление периферией устройств, защищенной кодом доступа;

- единая база данных.

Обязательный перечень обнаруживаемых дефектов:

1. Проверка диаметра отверстий плунжера

1) Засорены отверстия плунжера или его внутренняя полость.

2. Проверка диаметра отверстий плунжера

1) Большие отверстия плунжера и толкателя;

2) Утечка в большой диафрагме;

3) Неплотность плунжерного клапана.

3. Проверка плотности РК в горном режиме

1) Утечка через малую диафрагму;

2) Просажены пружины режимного переключателя;

3) Утечка уплотнения РК между крышкой и корпусом;

4) Трещина корпуса в районе режимного переключателя;

5) Неплотная запрессовка седла клапана;

6) Утечка по привалу из-за ржавчины;

4. Проверка плотности РК в равнинном режиме

1) Утечка в манжете;

2) Высокая шероховатость поверхности плунжера;

3) Просажена или отсутствует пружина холостого хода;

4) Большое трение из-за несоосной сборки воздухораспределителя.

Требования к системе УЗОТ.

1. Связь между устройствами и программой регистрации должна обеспечиваться по радиоканалу (в связи с чем исключается необходимость прокладки кабеля).

2. Блоки управления должны быть выполнены на современной элементной базе.

3. На дисплее должна отображаться полная технологическая информация, в том числе значение измеряемых величин в реальном режиме времени.

4. Клавиатура и программа должны обеспечивать удобное общение с меню системой.

5. Программа регистрации и управления должны работать в операционных системах Windows ХР и Windows Vista.

6. Программа должна обеспечивать:

- анализ и сравнение результатов проверки воздухораспределителей для выявления махинаций махинаций обслуживающего персонала, связанных с использованием для фальсификации результатов проверки нескольких неисправных воздухораспределителей одного исправного;

- возможность управления и настройки устройств дистанционным методом.

7. Должно быть обеспечено отображение полной информации для каждого подключенного устройства:

- режим работы;

- номер цикла проверки;

- серийный номер и тип проверяемого устройства;

- значения измеряемых величин;

- неисправности проверяемых устройств и рекомендации по их

исправлению;

- длительность текущего цикла и время выполнения цикла;

- управление периферии устройств, защищенное кодом доступа;

- единая база данных.

8. Автоматизировать обнаружение приборов с замедленным отпуском.

9. Автоматизировать индитификацию самопроизвольного срабатывания тормозов.

10. Обеспечить пневмопитание магистрали от индивидуального

источника.

11. Обеспечить передачу диагностических данных по радиоканалам в цифровом виде с использованием помехозащищенного кодирования информации.

12. Обеспечить при работе системы расстояние между помещением оператора парка и помещением с электропневматическим блоком не менее 20 км.

Полученные данные были положены в основу разработки методики повышения эксплуатационной надежности тормозной системы грузовых составов.

Глава 3. Разработка методики повышения эксплуатационной надежности тормозной системы грузовых вагонов.

При разработке данной методики были решены вопросы повышения эксплуатационной надежности тормозной системы грузовых вагонов, где во главу угла были поставлены задачи обеспечения безопасности движения грузовых составов.

3.1. Система дистанционного управления и контроля устройством зарядки и опробования тормозов (УЗОТ-Радио)

В объеме исследования разработано устройство зарядки и опробования тормозов с регистрацией по радиоканалу контрольной и управляющей информацией.

Данное устройство дало возможность определять места самопроизвольного срабатывания тормозов (СПС), что сокращает время опробования тормозов; переход на передачу данных между ПОП (пульт оператора парка)и ЭПБ (электронный блок управления) по радиоканалу в цифровом виде, что исключает необходимость прокладывать кабель связи между помещением оператора парка и помещением с ЭПБ, а также значительно снижает влияние помех на результаты измерения.

Указанная цель достигается тем, что: во-первых изменена структура устройства во-вторых добавлены новые функциональные элементы и в-третьих некоторые блоки имеют принципиально новую конструкцию.

УЗОТ-Радио имеет в своем составе: пульт оператора парка (ПОП), устройство зарядки и опробования тормозов (УЗОТ), пять блоков хвостового вагона (БХВ); электрические и пневматические коммуникации.

Пульт оператора парка располагается в помещении оператора парка и имеет в своем составе: персональный компьютер с возможностью передачи данных в локальную сеть ПТО (пункт технического обслуживания); принтер для распечатки справочной информации; радиостанцию (Р) и антенну для дистанционного управления ЭПБ и БХВ (блок хвостового вагона) (Рис.5).

Рис.5. Структурная схема УЗОТ-Радио Устройство зарядки и опробования тормозов УЗОТ располагается в горловине парка и имеет в своем составе: электронный блок управления (ЭБУ) и антенну; электропневматический блок (ЭПБ). Электронный блок управления имеет новую конструкцию (по сравнению с прототипом - УЗОТ-РМ), которая обеспечивает возможность вести обмен информацией с ПОП по радиоканалу.

Действие УЗОТ-Радио основано на принципе автоматического регулирования давления воздуха, поступающего в тормозную магистраль «с головы» поезда, в соответствии текущим режимом работы.

Управление устройством осуществляется оператором с клавиатуры персонального компьютера 2 пульта оператора парка 1. Пульт оператора парка 1 отрабатывает команды оператора по обработке тормозов согласно принятой

технологии по программе реализующей алгоритмы управления и контроля тормозов. Команды управления посредством радиостанции 4 транслируются пер~ сональным компьютером 1 по радиоканалу на электронный блок управления 7 и блок хвостового вагона 10. Электронный блок управления 7 по командам посредством электропневматического блока 8 формирует и измеряет давление на выходе НПК (давление в тормозной магистрали первого вагона) и утечку сжатого воздуха из НПК. Блок хвостового вагона 10 по командам измеряет давление в тормозной магистрали хвостового вагона. Данные измерений с электронного блока управления 7 и блока хвостового вагона 10 пересылаются по радиоканалу на пульт оператора парка для регистрации. Данные по радиоканалу передаются по протоколу с использованием помехозащищенного кодирование информации. 3.2. Определение места возникновения самопроизвольного срабатывания тормозов.

В устройстве УЗОТ-Радио заложен алгоритм определения места возникновения самопроизвольного срабатывания тормозов в составе, позволяющий определить группу вагонов, в состав которой входит неисправный воздухораспределитель. Применение данного алгоритма, позволяет сократить время опробования тормозов, так как осмотрщику вагонов не приходится осматривать каждый вагон в поисках неисправного воздухораспределителя.

V =А V =А

гх ухг

'гх *хг

Б - длина поезда,

Урх - скорость прохождения тормозной волны от головы к хвосту поезда, УХг - скорость прохождения тормозной волны от хвоста к голове поезда, ^х - время прохождения тормозной волны от головы к хвосту поезда, *хг - время прохождения тормозной волны от хвоста к голове поезда.

Алгоритм определения места возникновения самопроизвольного срабатывания

тормозов

Определение места самопроизвольного срабатывания тормозов в УЗОТ-Радио достигается тем, что:

1) В ходе опробования фиксируется время прохождения тормозной волны от начального до конечного участка тормозной магистрали поезда при служебном торможении и время прохождения тормозной волны от конечного до начального участка при торможении с «хвоста» поезда. Торможение с «хвоста» поезда выполняется блоком хвостового вагона в автоматическом режиме. Регистрация времени прихода тормозной волны выполняется электронным блоком управления и блоком хвостового вагона.

2) По полученным данным рассчитывается скорость распространения тормозной волны от начального участка до конечного участка тормозной магистрали и скорость распространения тормозной волны от конечного участка до начального участка тормозной магистрали.

3) При возникновении самопроизвольного срабатывания тормозов в составе фиксируется время между моментами прохода тормозной волны от места самопроизвольного срабатывания тормозов до начального участка тормозной магистрали поезда, который фиксируется электронным блоком управления, и от места самопроизвольного срабатывания тормо-

зов до конечного участка магистрали, который фиксируется блоком хвостового вагона. ~

4) По полученным данным производится расчет места возникновения самопроизвольного срабатывания тормозов.

5) Оператору сообщается номер вагона в котором зарегистрировано самопроизвольное срабатывание тормозов (ошибка определения составляет не более 5%).

Ошибка определения места возникновения самопроизвольного срабатывания тормозов

.о

Г

V -V

^

(Г о" о"

<1?

Ошибка определения места возникновения самопроизвольного срабатывания, %

Из диаграммы следует, что в 31,75% случаев ошибка определения номера вагона, в котором произошло самопроизвольное срабатывание тормозов, составляет менее 0,5%.

3.3. Определение тормозных приборов с замедленным отпуском В устройстве УЗОТ-Радио так же заложен алгоритм определения неисправных тормозных приборов с замедленным отпуском, который позволяет выявить неисправные приборы в ходе осмотра состава.

Алгоритм определения приборов с замедленным отпуском

I

Зарядное давление

г ш

I

Нажали кнопку ОПР.ЗО

2,2 кгс/см'

1,0 кгс/см?

Замедленный отпуск

80-150 сек.

Г

Временная диаграмма формирования давления

Определение неисправных тормозных приборов с замедленным отпуском производится в следующем порядке:

1) Производится зарядка тормозной магистрали состава. УЗОТ-Радио формирует давление тормозной магистрали состава равное 5,0 кгс/см2.

2) По завершении зарядки производится ступень торможения. УЗОТ-Радио формирует давление в тормозной магистрали состава равное 4,54,6 кгс/см2. Осмотрщики - ремонтники вагонов проходят по торможению.

3) По завершению осмотра по торможению, УЗОТ-Радио увеличивает ступень торможения, формируя давление в тормозной магистрали состава равное 2,8 кгс/см2.

4) После того как давление в тормозной магистрали установится (время стабилизации зависит от длинны состава и определяется автоматически), УЗОТ-Радио производит отпуск тормозов. Формирует давление в тормозной магистрали состава равное 4,0 кгс/см2 и информирует оператора о возможности осмотра состава по отпуску. При этом исправные воздухораспределители отпустят в течение 80 секунд, а неисправные будут находиться в заторможенном состоянии более 80 секунд.

3.4. Статистический анализ результатов проверки воздухораспределителей

Существует ряд статистических методов выявления фальсификации данных.

Одним из них является статистическая проверка гипотезы о равенстве дисперсий. Он основывается на том, что дисперсия выборки состоящей из данных проверки одного и того же ВР значительно меньше дисперсии выборки состоящей из данных проверки различных ВР. О различиях в дисперсиях можно судить по экспериментальным данным, приведенным в таблицах в Приложении 1, Приложении 2. Как видно среднеквадратическое отклонение показаний различных ВР в несколько раз превосходит среднеквадратическое отклонение показаний одного ВР (среднеквадратическое отклонение - это корень квадратный из дисперсии).

Другой метод основывается на форме гистограммы распределения частот. Остроконечность гистограммы говорит о повторяемости одного и того же значения параметра множество раз, что свидетельствует о многократной проверке одного и того же ВР. Для оценки остроконечности гистограммы существует выборочный коэффициент эксцесса.

В связи с тем, что УКВР не имеет возможности идентификации проверяемых воздухораспределителей (далее ВР), а в базу данных результатов проверок серийные номера ВР набираются операторами УКВР, существует возможность фальсификации результатов проверки неисправных ВР исправными.[1]

Один из возможных методов выявления фальсификаций результатов проверки ВР производится путем их сравнения (по определенному алгоритму) с результатами других проверок, сохраненных в базе данных. По количеству совпадений результатов проверок можно с определенной степенью вероятности выявлять наличие фальсификаций. [2]

Для оценки данного метода была произведена проверка одного исправного ВР (главная часть ВР - тип 270-023, магистральная часть ВР - тип 483А) более 10 раз подряд и произведен сравнительный статистический анализ результа-

тов данных проверок, как между собой, так и с результатами проверок других ВР, проверенных ранее.

Результаты проверок отображены на рисунках 6 и 7.

По результатам проверок одного ВР видно, что максимальный размах для главной части составляет 0,06 атм, а для магистральной - 0,07 (за исключением 18-го параметра). Таким образом, внутри данных диапазонов можно выявить проверки одного ВР. Среди проверок остальных 250-ти ВР было выявлено несколько схожих результатов.

Данную проверку нельзя считать полной, так как она не учитывает все возможные варианты и условия проверок ВР, например:

- проверка одного ВР на разных УКВР (результаты могут отличаться более значительней, чем при проверке на одном УКВР),

- проверка одного ВР не подряд, а через разные промежутки времени.

Также, для полноты эксперимента, требуется проверка и анализ статистики нескольких ВР, так как, вполне вероятно, результаты проверок разных ВР могут меняться при повторных проверках по-разному.

Необходимо провести более детальный статистический анализ по каждому параметру результатов проверки, т.к. каждый параметр ВР при повторной проверке имеет свою плотность распределения отклонений.

Примеры проверки ВР приведены на рисунках 8, 9.

Таблица параметров проверки ВР магистральная часть тип 483А.

№ Проверка Допустимые пределы Размах1 значений показателей 1 ВР2, атм Размах значений показателей 250 ВР3, атм Среднекадр. отклонение показателей 1 ВР2, атм Среднекадр. отклонение показателей 250 ВР3, атм

1 Плотность РК в горном режиме Ррк > 5,90атм 0,03 0,13 0.008 0.015

2 Проверка диаметра отверстий плунжера 3,80атм < Рмк < 4,20атм 0,02 0,33 0.006 0.06

3 Открытие клапана мягкости 483А 0,10атм < Рзк < О.ЗОатм 0,05 3,36 0.015 1.244

4 Плотность ЗК и МК Рзк > 5,90атм 0,01 0,12 0.003 0.013

5 Проверка появления давления в РК при заряженных МК и ЗК Ррк>0,10атм 0 0,01 0 0.001

6 Проверка появления давления в КДР при заряженных МК и ЗК Ркдр < 0,10атм 0 0,09 0 0.006

7 Плотность РК на равнинном режиме Ррк < 5,90атм 0,01 0,09 0.003 0.0 И

8 Плотность канала дополнительной разрядки Ркдр > 3,80атм 0,01 0,15 0.003 0.018

9 Неплотность РК на ступени торможения, при малом перепаде Ррк > 5,90атм 0,01 0,08 0.005 0.01

10 Проверка на темп мягкости Ркдр < 0,40атм 0 0,37 0 0.047

11 Проверка перекрыши после торможения (большое трение) Рмк> 1,20атм 0,01 0,21 0.005 0.022

12 Проверка срабатывания на темп отпуска Ррк < 5,50атм 0,03 2,99 0.009 0.933

13 Неотпуск после ступени торможения Рмк > 5,22атм 0,02 0,08 0.007 0.014

14 Проверка 0.9мм в крышке атмосферного клапана 3,70атм < Ркдр < 4,10атм 0,01 0,37 0.005 0.064

15 Проверка плотности манжеты в узле трех клапанов Рмк < 2,50атм 0,01 2,47 0.005 0.949

16 Проверка 0.6мм в канале рабочей камеры 4,10атм < Ррк < 4,80атм 0,07 0,44 0.024 0.08

17 Проверка положения манжеты в узле трех клапанов Рмк<0,15атм 0,01 0,08 0.005 0.018

18 Проверка усилия поджатая пружины переключателя 3,00атм < Ррк < 4,30атм 0,42 1,29 0.129 0.314

Размах - разность между максимальным и минимальным значением

2 Размах параметров результатов проверки одного воздухораспределителя, проверенного более десяти раз подряд

3 Размах параметров результатов проверки 250-ти ВР

Рис.6. |

Таблица параметров проверки ВР главная часть тип 270-023.

№ Проверка Допустимые пределы Размах1 значений показателей 1 ВР2, атм Размах значений показателен 250 ВР3, атм Среднекадр. отклонение показателей 1ВРг, атм Среднекадр. отклонение показателей 250 ВР3, атм

1 Проверка наполнения ЗР 2,20атм < Рзр < 2,90атм 0,01 0,50 0.005 0.091

2 Проверка полного отпуска Ртц<0,10атм 0 0,01 0 0.003

3 Скорость освобождения ТЦ с 3,50атм Ртц < 2,60атм 0,03 0,24 0.007 0.048

4 Скорость наполнения ТЦ с 2,00атм 3,20атм < Ртц < 3,70атм 0,02 0,29 0.006 0.051

S Проверка плотности ЗР в отпускном положении Рзр > 5,90 атм 0,01 0,09 0.005 0.01

6 Проверка натекания в ЗК и РК при заряженном ЗР Рзк<0,10атм 0,01 0,12 0.004 0.017

7 Проверка плотности ТМ 5,50атм < Рпм < 5,65атм 0,02 0,13 0.009 0.013

8 Динамическая неплотность большой манжеты Ррк > 5,00 атм 0,01 0,16 0.004 0.03

9 Давление порожнего режима 1,40атм < Ртц < 1,80атм 0,06 0,35 0.016 0.076

10 Давление среднего режима 2,80атм < Ртц < 3,30атм 0,03 0,38 0.009 0.075

11 Давление груженого режима 3,90атм < Ртц < 4,50атм 0,06 0,45 0.016 0.094

12 Проверка плотности РК в тормозном положении Ррк > 5,90 атм 0,02 0,10 0.006 0.014

13 Проверка натекания воздуха в ЗК при заряженной РК Рзк< 0,10 атм 0,01 0,08 0.005 0.011

14 Проверка натекания воздуха в КДР в тормозном положении Ркдр < 0,50 атм 0,02 0,28 0.009 0.042

15 Проверка плотности ЗР в тормозном положении Рзр > 5,60 атм 0,03 0,27 0.008 0.039

16 Проверка плотности РК при малом давлении Ррк > 0,40 атм 0,01 0,06 0.005 0.009

17 Проверка диаметра 0,5(0,6)мм в отпускном положении 4,80атм < Рзк < 5,50атм 0,01 0,68 0.003 0.092

18 Величина дополнительной разрядки 5,50атм < Рзк < 5,70атм 0,03 0,20 0.011 0.048

19 Проверка плотности ЗК снижение в Рзк > 0,10 атм 0,02 0,08 0.007 0.013

20 Проверка плотности канала дополнительной разрядки Ркдр > 5,00 атм 0,04 0,24 0.014 0.041

21 Проверка плотности РК при ступени торможения Ррк > 5,96 атм 0,04 0,86 0.014 0.095

1 Размах - разность между максимальным и минимальным значением

2 Размах параметров результатов проверки одного воздухораспределителя, проверенного более десяти раз подряд

3 Размах параметров результатов проверки 250-ти ВР

Рис.7.

Проверка наполнения ЗР Проверка полного отпуска

Рис. 8

0.01 г

8x10

6x10"

4x10"

2x10"

0.1 02

100

200

300

Им

я

-2x10"

Рис. 9

2x10"

6x10"

И®

0.01

На рисунках изображены значения параметров (ось ординат) для 250 ВР (ось абсцисс)., гистограммы распределения отклонений параметров от их средних значений (по оси абсцисс значение параметров, по оси ординат - частотность выпадения).

Недостатки метода:

> возможны случаи совпадения результатов проверки разных ВР (требуется анализ вероятности таких случаев, путем анализа и сбора статистики)

> возможны случаи не совпадения результатов проверки одного ВР:

— погрешность измерения УКВР,

— изменение параметров ВР после каждой новой проверки (разогрев и разработка подвижных узлов ВР, натяжение или растяжение пружин и т.д.),

— изменение параметров ВР после определенного времени хранения,

— проверка одного ВР на разных УКВР.

В результате следует вывод, что требуется произвести дополнительные исследования результатов проверок ВР, включающие:

— сбор результатов проверки большего числа ВР, проверенных в разное время на разных УКВР,

— проведение статистического анализа каждого параметра проверки

ВР,

— разработка алгоритма сравнения результатов проверок ВР,

— определение годности данного метода по выявлению фальсификаций.

3.5. Динамический мониторинг состояния тормозной системы.

Динамический мониторинг тормозной системы строится на принципе использования КТСМ в составе ПТО, что позволяет не только определить тенденцию к катастрофической ситуации, но и вовремя ее устранить.

Принцип работы алгоритма состоит в сравнении температур поверхности катания колеса и колодки с некоторыми эталонными температурами, полученными, _ например ,на стенде или в эксперименте с вагонами не имеющими неисправных приборов. [3]

В пути следования машинист, перед прохождением состава мимо КТСМ-01, совершает определенную ступень торможения и в дальнейшем отпуск тормозов.

Температура поверхности катания у вагонов с исправными воздухораспределителями будет в норме и равна расчетным(эталонным) на данный момент времени, а температура поверхности катания у вагонов с неисправными воздухораспределителями будет выше расчетной(эталонной). Тем самым с помощью КТСМ-01 возможно определить номера вагонов, имеющих неисправности в тормозной системе.

Схема измерения температур колеса и колодки.

Алгоритмы определения температур поверхности катания колеса могут быть построены как на основе обработки опытных данных так и на основе численных методов решения задач теплопроводности с использованием специализированных пакетов программ (МаШсаё , Ашув и т.д.)

При анализе экстренных торможений было выявлено что фактическое время подготовки тормозов может быть в интервале от 2 до 20 секунд, а тормозные коэффициенты достигают значений 0.6-0.68. В соответствии с теоретическими оценками при среднем режиме торможения и начальных скоростях торможения в интервале 60-120 км/час время подготовки тормозов одиночного вагона находится в промежутке 5.0-5.1 сек.[4] Поэтому можно считать, что если подготовительное время меньше пяти секунд ,то зазоры между колодками и колесами у ряда вагонов существенно меньше нормативных и повышенный нагрев поверхностей катания колес может быть обусловлен этим.

Для определения времени подготовки тормозов и других параметров торможения разработан алгоритм, основанный на точном решении уравнения движения поезда в виде

У(1)=а+ЬЛ(с(с1-1)),

где УВД-скорость поезда, а параметры а,Ь,с,с! и Ь находятся по экспериментальным данным. Данный алгоритм оказался достаточно эффективным и надежным. Он позволяет отделить другие состояния тормозной системы от наиболее опасного состояния тормозной системы- медленного отхода колодок от колес.

°С График нагрева колеса и тормозной колодки, полученный КТСМ

200

I, сек

- - отсутствие контакта тормозной колодки с колесом

— - наличие контакта тормозной колодки с колесом

Экспериментальные тормозные системы модернизированные по результатам выполненной работы успешно прошли опытную эксплуатацию в течении 2-ой половины 2010 года.

Заключение по результатам выполненной работы.

1. Проведен анализ работы тормозной системы грузовых вагонов.

2. Разработаны требования к методике повышения эксплуатационной надежности тормозной системы грузовых вагонов.

3. Ранжированы по степени влияния на безопасность движения отказы отдельных узлов и агрегатов тормозной системы

4. Предложен комплексный подход в решении проблемы повышения надежности тормозной системы.

5. Реализован принцип дистанционного управления и контроля устройством зарядки и опробования тормозов (УЗОТ).

6. Разработаны алгоритм и программное обеспечение для мониторинга наиболее опасного состояния тормозной системы - замедленный отпуск тормозных колодок (залипание).

7. Предложена система ступенчатого нагружения тормозной магистрали с целью выявления потенциально ненадежных воздухораспределителей.

8. Разработан метод, исключающий возможность контроля одного и того же воздухораспределителя под разными номерами на стенде контроля воздухораспределителей (УКВР).

Список опубликованных работ по теме диссертации

1. Анализ работы тормозной системы грузовых вагонов. ДЦНТИ г. Нижний Новгород. 2009 г.

2. Пути повышения эксплуатационной надежности тормозной системы грузовых вагонов. ДЦНТИ г. Нижний Новгород. 2009 г.

3. Комплексное решение проблемы эксплуатационной надежности тормозной системы. ДЦНТИ г. Нижний Новгород. 2010 г.

4. Динамический мониторинг функционирования тормозной системы. ДЦНТИ г. Нижний Новгород. 2010 г.

Список использованной литературы

1. Теория вероятностей и ее инженерные приложения. Вентцель Е.С., Овчаров Л.А. - М.: Наука, 1988.

2. Общая теория статистики И.И. Елисеева, М.М. Юсбашев, М.: Финансы и статистика, 2002.

3. Методология повышения достоверности средств неразрушающего контроля. Воротилкин A.B. ДЦНТИ, г. Нижний Новгород. 2008 г.

4. Условия работы системы колесо-тормозная колодка. A.B. Казаринов -Железнодорожный транспорт № 2, 1992.

10-229 6 2

К

П

2009062650

2009062650