автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Работоспособность и надежность грузового вагона

" 5 9 Ъ

МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООЩЕНКЯ'

Московский ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени институт инженеров железнодорожного транспорта имени

Ф.Э. Дзергинского

На правах рукописи

УСТИЧ Петр Андреевич

РАБОТОСПОСОБНОСТЬ И НАДЁ2Н0СТЬ ГРУЗОВОГО ВАГОНА

05.22.07 - Подвижной состав железных дорог и тяга поездов

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

• Москва - 1992 г.

Работа выполнена в Московском институте инженеров железнодорожного транспорта

Официальные оппоненты - доктор технически* неук,

профессор БОРСНЕНКО Ю.П. доктор технических каук, профессор ГОРСКИЙ A.B. доктор технических наук, профессор КССТЕНКО H.A. Ведущее предприятие - Всесоюзный научно-исследовательский

институт железнодорожного транспорта , &СО Защита диссертации состоится n/f£L г. в ¡4 час.

на заседании специализированного совета Д 114.05.05. при Московском институте инженеров железнодорожного транспорта по . адресу: I0I475,Москва,А-55,ул.Образцова, 15 , ауд. IО С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан 1992 Г.

Отзывы на автореферат,заверенные печатью,в двух экземплярах просим направлять по адресу совета института.

Ученый секретарь • ^

специализированного совета В.Н.Филиппов.

.-с;и!.,-..

-з-

-о/ I ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

¿^^Актуальность работы. Последняя треть XX века в мировом промышленном производстве протекает под знаком безусловного приоритета качества над количеством» Особенно ваяны указанные тенденции для транспортных систем - здесь наряду с комфортом и экономичностью давлеют вопросы обеспечения безопасности.В силу этого обстоятельства для транспортных средств важнейшей составляющей качества является надёжность. '

Специалиста вагоностроения и вагонного хозяйства различного профиля предлагали и даже внедряли соответствующие мероприятия,которые способствовали приращению надёжности конструкций.Так,металловеды обеспечили переход к отливке несущих частей из более прочной н живучей марки стали.По их данным надёжность этих конструкций должна возрасти в 1,5 - 2 раза. Аналогичные по эффективности разработки по рекомендациям ученых время от времени внедрялись и на уровне конструкции,и на уровне технологии.

Казалось бы - суммарный эффект должен с избытком обеспечить качество и надёжность вагонной техники.К сожалению,этого не случилось, Более, того.показатель работоспособности - количество неисправных вагонов в пересчете на сто единиц подвитого состава,ухудшился

в последние годы для основных типов магистральных вагонов.То есть указанные выае положительннё тенденции не смогли компенсировать возросшую в последние годы интенсивность эксплуатации грузовых вагонов.

Из множества причин необходимо выделить те,которые зависят от научных работников.В этой связи отметим,что важнейшей задачей отраслевой науки является разработка методики моделирования динамического равновесия между прочностью вагонов и мощностью их ремонтного хозяйства.Методологической основой решети такой задачи являются методы оценки и прогнозирования надёжности вагонов.

Цель работы. Обобщение и разработка методов опенки и обеспечения надежности грузовых вагонов.

Общая методика исследования. Решение поставленных задач вьшол-* нено с единых-методологических позиций и опирается на применение методов теории надёжности и кате.\атическо2 статистики .теории упругости и механики разрушения.

Научная новизна. Характеризуется следу¡¡вдши результатами.-

- Предложен критерий для определения браковочных размеров дефектов литья и сварки.

- Выведена формула для оценки напряженно-деформированного состояния (НДС) в окрестности дефекта материала конструкции.

- Обоснованы- критические размеры трещин ответственных элементов конструкции 8-осной вдштерны.

-Разработана концепция,принцип функционирования и конфигурация новой информационной системы отрасли.Для обеспечения постепенности перехода к последней предложена к внедрению мажоритарная информационная служба вагонного хозяйства.Разработано к ней соответствующее методическое обеспечение.

- Предложены критерии оптимизации долговечности и системы ремон' та грузового вагона.

- Разработана методика и алгоритм оптимизации структуры и параметров системы ремонта грузового вагона.

Практическая ценность.Выполненные исследования и полученные результаты Позволили:

- Оценить хрупкую прочность литых и сварных несущих частей грузового вагона.предложить но^ые конструктивные решения.

- Определить показатели безотказности несущих конструкций 8-осных цистерн.

- Разработать рекомендации по совершенствованию информационной олзы вагонного хозяйства.

- Определить оптимальную долговечность и систему ремонта ^-осной цистерны.

I1 работы. Основные г.слэхення и результаты

диссертационной работы докладывались на: наувно-технических конференциях (Днепропетровск,Иркутск,Свердловск,Москва ) ; заседаниях НТС МПС (1986,1990 и 1991 тт.) .

Исследования проводились в соответствии с заказами Главного управления вагонного хозяйства ШС, ПО Азовмаш,отделения Безопасности движения и Вагонного отделения ВНИИКТ.Кизил-Арватского вагоноремонтного завода. Результаты исследований использованы в работе упомянутых организаций и в учебном процессе ряда транспортных вузов МПС.

Основные положения диссертации опубликованы в 28 статьях,трех учебных пособиях и в учебнике.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения,шести глав,заключения,списка использованных, источников и приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТУ Во введении обоснована актуальность выбранной темы. В первой главе на основе анализа технического состояния и основных тенденций в работе вагонного хозяйства по обеспечению работоспособ -ности парка грузовых вагонов сформулированы цели и задачи исследования.

Большой вклад в разработку математической и технической ветвей теории надёжности внесли А.И.Берг,Б.В.Гнеденко,¡O.K.Беляев,А.Д.Соловьёв, В.А.Каштанов,А.Л.Райкин,H.A.СеЕерцев,И.А.Ушаков,Г.В.Дружинин,А.С. Пронников,Р.Еарлоу,0.Прошан и др.Существенный вклад в исследование вопросов надёжности жел.дор.техники внесли Абашев Ф.Х.,Деркач Б.А., Екимовский И.П..Войков К.Н.,Гридшко В.И..Горский А.В.,Исаев И.П., Ивашов В.А.,Киоелев С.Н..Кеглин Г.Б..Козаченко H.A..Косарев Л.Н., Костенко H.A.,Кочнов А.Д..Кузьмич Л.Д..Лукин В.В..Матвеичев А.П., Никольский Л.Н..Приходько А.П.,Рахмилевич A.A..Савоськин А.Н.,Скиба И.Ф.,Ступин А.П..Черкашин Ю.М. .Четвергов А.В.,Цюренко B.I1. и др.

Обзор выполненных исследований показал,что некоторым составляющим проблемы обеспечении нздёяности не уделяется достаточного внимания.

-6 -

Сода превде всего следует отнести:

-физическая трактовка отказов вагона и его составных частей;

- информационное обеспечение задач надёжности;

- нормирование надёжности;

- оценка и оптимизация долговечности вагона.

Поэтому эти и некоторые другие вопросы,соединенные затем ыезду собо; в соответствии с общим замыслом работы,подвержены исследованию в диссертации.Упомянутый замысел состоит в максимальном приближении к методике.позволяющей моделировать равновесие между свойствами конструкции вагонов и мощностью их ремонтного хозяйства.

Вторая глава посвящена физической трактовке отказов несущих составных частей, грузового вагона.

Из всего многообразия возможных повреждений наиболее опасны хрупкие разрушения в виду их кажущейся внезапности.Поэтому £ работе предложен и проанализирован один механизм возникновения эксплуатационных трещин.Толчком к постановке 'данной задачи послужили случаи достаточно частого обнаружения трещин соединительных балок и пятников 8-осных цистерн на дорогах Сибири и Дальнего Востока.

Анализ отбракованных по трещинам литых и сварных частей цистерны позволил убедиться в том,что нередко разрушения кмеют квазихрупкий характер.В материале этих конструкций было обнаружено много дефектов литья и сварки.Данное обстоятельство позволяет постулировать механизм возникновения трещины в следующем виде.

В окрестности дефекта материала (пора.инородное включение) конструкции наводится НДС такой структуры,что материал из вязкого состояния переходит в хрупкое.Вибро-ударные нагружения,обусловленные, скажем,переходными режимами движения поезда,предопределяют появление в области вязко-хрупкого перехода трещины.Особенно вероятно такое сооытне в зимнее время.При выполнении соответствующих условий трс^кя растет,что в конечном счете приводит к разрушению конструк-и'.Г.

Расчетное подтверждение денной версии сулит,во-первых,внести ясность в нормирование размеров предельно допустимых дефектов.Во-вторых .дать внятное объяснение многочисленным случаям разрушения.которые происходят при напряжениях,кита допускаемых.В-третьих,более це-ленапразлено разрабатывать новые конструкции с повышенной хрупкой прочностью.Необходимость нормирования размеров дефектов усиливается тем,что они неизбежны,т.к.являются побочным продуктом технологии литья и сварки. Методика нормирования распадается ни три автономных этапа:

-оценка НДС вне окрестности дефекта материала конструкции;

- сценка НДС в окрестности дефекта, материала конструкции;

- определение области вязко-хрупкого перехода (охрупчивания^ и критических размеров дефекта материала конструкции.

Первую задачу удобно репать с помощью известных методов расчета которые были успешно применены к анализу НДС вагонных конструкций в работах Бороненко Ю.П..Буренкова O.K..Котуракова В,Н..Лозбинева В.И..Никольского Е.Н.,Савчука О.М..Шадура Л.А..Шудрака С.М. и др.

В рамках настоящего исследования на базе упомянутых работ оценено НДС пятника,соединительной балки и корпуса автосцепки 8-осной цистерны - тех элементов конструкции,безотказность которых оценивается в диссертации.

Выявленные поля напряжений являются исходными данными к решению второй задачи - оценки НДС в скрестнЬсти дефекта. В общем случае она также должна решаться с помощью численных методов механики на ЭВМ,которые ещё требуют своей доработки.Первостепенное значение в этом деле отводится разработке тестовых задач.В данной работе предлагается методика аналитического расчета НДС в окрестности дефекта, которая в дальнейших .исследованиях может рассматриваться в качестве тестовой задачи.В то же время применительно к рассматриваемым.конструкциям предлагаемое решение имеет и самостоятельный практический интерес.

- а -

Итак,будем считать,что ух-.е рсшана^адача по определенна тензоров напряжения и деформации G,. ,а также Beiíropa перемецз-

ау Ы- У ■

ния м. вне зоны влияния дефекта материала, в качзстве которого

принимается инородное включении сферической ферш радиуса. G ^Величина а лренебрежимо мала по сравнений с яодыи линейна'.«, размером, рассматриваемого элемента конструкции. Концентрация напряжений достаточно быстро убывает по мере удаления от дефекта - частный случай принципа Сен-Вонана.Считаем также,что инородное включение,имеющее механические характеристики/* и у плотно,без проскальзованля ста легает к основному материалу конструкции.На границе раздела этих сред вследствие разницы в значениях упомянутых модулей сдвига ц коэффициентов Пуассона возникает искомый скачек ЦдС.еозтавляздие кото

.(я) а) . и)

poro обозначим через тензоры 6.. , С-- и вектор«. . „ Чг LJ- с

Принятые допущения позволяют исходны" дефект материала рассматривать как изолированный концентратор напряжений в неограниченной среде,находящейся под нагрузкой 6"... Решзимз сформулированное задачи основано,с одно.; стороны,на известном представлении вектора перемещений в форме Альманзи-Треффтца -

U) я & dv '

/ (и

с другой,- на возможности представить разложение того же вектора не сферической поверхности дефекта по полной системе полиномов.

Учитывая физическую природу рассматриваемых величин,упомянутое разложение можно оборвать,и более того - представить в виде суммы лишь двух слагаемых (z) (¿j ц)

«.-c^-.a-. + cv<r¿|t.:rK. (i).

Zzecbi'tffx.X x ) _ гармонический вектор;У/Ьс. a1 СС скалярная с (ij * л> ¿J 3' и)

гарк оничеока.ч .¡-ункния; - первый инвариант тензора G". - ; С в

íj. -í

С, - подлевазде определению коэффициенты.

Г.родотакгекис (1)до.та.о быть замкнуто уравнением

ÉZ . . I* «о. (*)

1 СЛ. coi •

В приведённых шраганкях опущен знак суммирования,на необходимость чего указывает повторявшийся (нешй) индекс. Общая схо».'а решения задачи такова.В начале на ходи тел выражение

для вектора ф. ,а гатеа - для функции У-7 .По формуле (I) опреде

(Л)

ляется вэктор переведений К. ,и далее по известным соотношениям

сг>

теории упругости находятся искомые выражения для Оз.. и • .

Наябрлее трудный этап - поиск выражения для вектора 'Р- .поясним ого. Согласно принятому'допущении при 1 —о«» вектор стремится к кулю.Поэтому и вектор^ при *е—<«» также стремится к нулк^ что видно из (1).Из этого выражения к тому же следует,что при

Таким образом,Еектор 5^^,£е1>^)удовлетворяет внешней задаче Дирихле:

-А - О , ; (ъ)

V. = с,в-<% 4- , * -а ; У

•' -О ^ ъ -

гдо Д - оператор Лапласа. Однако решение этой задачи не выражается,как известно,через квадратуры.Сам факт удовлетворения вектора ^ задаче (5) использован в качестве своего рода "шаблона" при поиске соответствующего выражения для данного вектора.Последнее найдено в следующем виде

Далее,следуя общей схеме решения,получена искомая формула для

тензора добавочных напряжений

Ш _ -з (О -5

^ "г 7

+ (ЗВАъ-9А&-Ч0Ач1 )} +

-

-х.х^бА^геАз?"'* гоА^в-^п'2') +

+ г + * * ) -Ь

+ ^¿х..^ - ЪА&) + (7)

л, - ~ — ./ц®

. с .У .

•0 =_й -^ТУ-^

А > > ^ + 'е(4-гУ/

Отметим,что случайу=0 соответствует наличии в материале конструкции шаровой пойости.Последнее использовано для проверки правильности методики путем решения этой же задачи на основе представления вектора перемещения в форме Папковича-Нейбера, Таким образом,НДС в окрестности дефекта

' У %л г с г '

Так,в табл'Л приведены данные расчетов напряжений в той точке соединительной балки £сб) ,в которой наиболее часто возникает трещина

При этом выбраны две следующие схема нагружения. *

1. Точка приложения равнодействующей вертикальной силы,приходящейся на центральный подпятник СБ ,не отклоняется за пределы диаметра концевого пятника.

2. Точка приложения равнодействующей выходит за пределы диаметра среднего подпятника.

Условие того,что в рассматриваемой точке материал находмся в хрупком состоянии имеет,как известно,вид а

^ \

^отр

гло<^/гмх~ кикС1'!''альМое касательное напряжение в точке;

& - м^кокуальное главное напряжение в рассматриваемой точке; (л . г |^0/т)о - кокстикты к .(Тсриала,характер,:?уюише меру сопротивле-

- и -

Табл.1

Результаты расчетов

Схема нагруяския

Тензоры напряжений Мпи

е-/.*'

_1А-

/44,0 17,5\ \ 17,5 20,8 /

'25,9 23,1 7,6 23,1 6,8 23,0 7,6 23,0 -11,3

/92,5 И,2 \ \ 11,2 21,4 )

'60,1 23,4 4,9 23,4 22,8 22,7 4,9 22,7 1/.0

ния его сйвигу и отрыву. Определены в работе с помощью стандартных экспериментов.

Численный эксперимент на ЭВМ позволил,опираясь на условие (9), поточечно построить область вязко-хрупкого перехода в окрестности дефекта материала,а,стало быть,замерить её максимальный диаметр^б. На рис.1 показаны зоны охрупчивания в окрестности дефекта СБ.

Зоны вязко-хрупкого перехода

I , II - первая и вторая схемы нагрукенкя СБ.

С помощью того же численного эксперимента на ЭЕМ нетрудно подобрать тот максимальный диаметр дефекта,при котором ещё выполняется

неравенство . С

(Ю )

и под которым предлагается понимать критерий для определения пре -дельных размеров дефектов.

Здесь: под величиной С .определяемой по формуле

(и)

понимается размер трещины.которая приводит к снижению теоретической

прочности конструкции в ^/(э раз; - параметр кристаллической

решётки- напряжение,при котором происходит разрушение идеаль--ел. уз

ного бездефектного материала ^ , ^

£ ъуЪ - константы материала,определяемые с помощью стандартных физических экспериментов.В данном, случае = 7 иуЗ = 13 .

В работе определены предельные размеры дефектов в наиболее она с-" ных зонах пятника,соединительной балки и корпуса автосцепки,равные соответственно 2,7 ,3,1 и 1,6 мм.

Размеры некоторых визуально обнаруженных дефектов превышают данный порог,что дает-основание расценивать их как возможную причину разрушения .конструкций в эксплуатации.Следовательно,результаты нормирования дефектов могут быть использованы при планировании неразру-шающих методов контроля качества литых и сварных конструкций на этапе изготовления вагонов.Тем более,что в последние годы получают распространения компьютерные диагностические системы (компъютерные томографы ) .позволяющие осуществлять т.н. ренгеновское обследование дефектности материалов с выдачей на экране десплея высокоразрешимого трехмерного изображения.Без расчетного обоснования предельных размеров дефектов эффективность использования таких систем незначительна.

Расчетом подтверждена предложенная версия появления эксплуатаци-онккх тре-::ин.Однако факт появления трещины не означает ещё полную пот

терю работоспособности конструкции,тем более,что трещина может появиться до начала эксплуатации.Надо бы провести грань между безопасными и опасными трещинами вагонных конструкций.

При выборе критерия прочности рассматриваемых конструкта«! с трещинами учитывались следующие рбстоятельства.

- Наиболее теоретически и практически апробированными являются критерии линейной механики разрушения (ЛМР^ .чего не скажешь о нелинейной механике разрушений ^НМР) .

- Критерии ЛМР приемлемы для достаточно толстостенных конструкций, изготовленных из прочных марок стали.Выполнение этих условий обеспечивает квазихрупкое состояние материала конструкции в зоне предразрушения.за исключением очень маленькой окрестности кончика трещины.

В вагг эстроении используются стали средней прочности и толщины рассматриваемых в настоящей работе элементов конструкции сравнительно невелики.Тем не менее,низкие температурные условия регионов,в которых может оказаться любой грузовой вагон,факт постепенности уменьшения запаса пластичности в соответствующих объемах материала при переменной его ныгруженности - эти и другие доводы позволяют сделать вывод о приемлемости критериев ЛМР при расчетах рассматриваемых составных частей вагона.

Однако в работе отказались от применения критериев ЛМР в чистом, так сказать,виде - вряд ли целесообразно всё многообразие эксплуатационных отказов вагонных конструкций аппроксимировать одним механизмом разрушения. Для конструкционных сталей имеют,как известно, место два предельных механизма разрушения - хрупкий и пластический. Между областями реализации предельных механизмов разрушения существует множество переходных механизмов. В связи с этиш соображениями в диссертационной работе использоеэн предложенный Е.М.Морозовым двухпара!.:етрическ::Л критерий прочности

где У (к) - г.р

вдел трец>:косто.:кост;1

" 14 " / г ч « .

К^П^)- коэффициент интенсивности напряжений (ШУЯ) .зависящий от коэффициента запаса прочности Н и длины трещины^ .Данная функциональная зависимость в работе реализована в виде подпрограммы, при составлении которой использован метод Ныемэна-Радзд расчета КИП ;т - запое на трещину,показывающий во сколько раз надо увеличить счет повышения размера трещины при постоянной внешней-расчетной нагрузке и/1 ,чтобы выполнялся критерий прочности Ирвина

_ . . КЧС Ы)

Клс - критическое значение КШ характеристика материала .Для применяемых в вагоностроении материалов в рамках настоящей работы . проведены испытания стандартных образцов для определения этой характеристики.

Используя критериальное уравнение (12) при I .вычисляется Лир - критическая длина трещины,а при Уц = У1+1 рекомендуется ^ -числять-^^- допускаемая длина трещины.В диссертации разработан-алгоритм,блок-схема которого представлена на рис.2 ,и программа расчета критических размеров трещины. Для пятника,соединительной балки и корпуса автосцепки эти размеры равны 92 ,295 и 35 мм соответственно.

Методика и результаты расчетов позволили,во-первых,повысить-качество предварительной обработки эксплуатационной информации об отказах б-осных цнетерн на доротах Сибири и Дальнего Востока.Во-вторых,поставить перед руководством МПС вопрос о необходимости регламентации критических размеров трещин,внедрение их в практику работы НТО,службы надежности ЦВ МПС. И,наконец,в-третьих,предложен конструкторский прием значительного повышения хрупкой прочности - за-ыека.таы где это целесообразно,толстостенных элементов конструкции в гл-рруг очередь литых,на пакет достаточно тонких пластин проката т.-Г. Гч^к;л:гур-!.Согместио с конструкю^-ки вагоностроения разра-

Схема нормирования трещин

Рис.2

предел прочности; £ - критическая нагрузка.

• ботано на базе данной идеи несколько конструкции пятника,соединительной балки и боковой рамы тележки.Оригинальность большинства из них подтверждена авторскими свидетельствами на изобретения.

В третьей глазе излохеньг разработанные технические и методические рекомендации по совершенствованию информационного обеспечения задач повышения надёжности подвижного состава.

Предлагается смоделировать и реализовать ситуацию,при которо.1 вагон (его координаты на сета во времени) и постоянно накапливаемая информация о кем были.бк всегда нераздельны.Для этого следует организовать,во-первых,надежные каналы для быстрого подъёма первичной информации на различные уровни управления транспортом.

Во-вторых, - постоянное накопление информации по каждому вагону в течение срока его службы.

В диссертации обоснована необходимость ь новой информационной системе (ш;с) отрасли,которая удовлетворяет указанным условиям.Её функциональные возможности многократно перекрывают потребности любой чз служб МПС.В частности,представляется возможным подступиться к иокному вопросу транспорта о {азре^ешш противоречия ыевду весьма элективно« обезличенной формой использования грузовых вагонов по назначение и столь же малоэффективной обезличенной формой его ремонта.

Стержнем НЯС отрасли яиялетол механизм постоянного и автоматического подъема первичной *шалрг..ации на различные уровни уири¡тения, структурна л схема которой показана на рис.З . Здесь: Г'ЦД - ре-

Кехонизм перемещения информации

Гис.З

тональный центр коийенграиил дыпшх; ЛП - л::неИное предприятие транспорта; 1,2,3,... ,6 - роботьики вагонной,лско;.отивно!1 .пути,

движения и др.служб; 7 - специальные линии связи.

Места зарождения информации СПТО.ППВ и др.) оборудованы терминальными устройствами,благодаря чеку обеспечивается дистанционный ввод данных е ЭЗ",находящейся в Р1Щ.Чтобы связать накапливаемую информацию в памяти ЭВМ РИД с соответствугшми вагонами на сети рассредоточены устройства автоматического считывания нс..:иров с подвижного состава.Считанный номер вагона подается по специальной липли связи 7 в РЦД.где происходит, его стыковка с информацией о данном вагона .Тем самым,первичной иж-ох мэиин о каздом вагоне придается динамический характер.

Накапливаемая информация с помощью специальных грограмм.зходя-щих в банк данных ГЦД.перерабачыгается на ЗВ;» с тем,чтобы,во-первых, использовать её нч региональном уровне.Во-вторых,готовить необходимые данные периодической их передачи з единый центр управления отраслью с помощью спутника связи.

На основе анализа функций вагонного хозлйстза,задач отраслевой наукл обосноганк реквизиты кн|эрмации,которая должна накапливаться по какому вагону в ралжах НПО отрасли.

Среди множества препятствий на пути внедрения НУ.С отрасли имеются и чи^то технические.Так,за более чем тридцатилетнюю историю разработок устройств автоматического съёма информации (АС.'.) с подвижного состава не создано пок? жизнеспособной конструкции.

Группой сотрудников :.У".Та при участии автора был разработан,изготовлен л испытан макетньй образец двухкзкалёной АСИ.Результаты доложены па совещании специалистов .'.'ЛС.Е^и^Т и других оргьнизаии!!. Устройство и принцип действия АСИ оформлены в виде заявки на предполагаемое изобретение. Предлагаемое устройство АСИ имеет высокую функциональную и техническую наде.чность.Так,расчетная вероятность

_Г

ошибки при считывании номера вагона не превышает Ю-0 ,ц-то на поря-

ъ

-.ок кг.же,че:,^ у ¿есп:::х разработок.

- 1В -

Сложившаяся 'ситуация в стране и на транспорте заставляет усомниться в ток,что НИС отрасли в ближайшем будущем будет внедрена.Нужен переходный вариант информационной службы. Она,во-первых,должна потребовать минимальные средства ка её внедрение.Во-вторых.,дол жна быть психологически близка для руководства и работников транспорта, предрасположена к постепенному и безболезненному переходу в соответствующие структуры ИКС отрасли.

В этой связи предлагается 'реорганизовать работу нынешней службы надёжности вагонного хозяйства.Усилия работников этой службы следует сфокусировать на постоянном съ'е;»:е п накоплении информации относительно вагонов,которые эксплуатируется б замкнутых маршрутах

Только в этом случае можно добиться того,чтобы накапливаемая информация об отказах соответствовала стандартным планам испытаний на надёжность.Больше того.подконтрольная эксплуатация вагонов в замкнутых маршрутах необходима и по более глубоким методологическим причинам.Представляется возможным приблизиться на приемлемое расстояние к условиям ресурсных эксплуатационных испытаний на надежность.Тем самым,реализовать идею введения своеобразной метрики в пространстве функций надёжности,явно зависящих от режима эксплуатации вагонов.

Погрешность принимаемых решений на основе собранной на замкнутых маршрутах информации со 100- процентной гарантией пойдёт в "запас надёжности".По этой принине предлагаемую информационную службу назовем мажоритарной информационной службой (-МИС ) вагонного хозяйства.

' Сбор данных к нижеследующим расчетам основан на имитации стандартного плана испытаний на надёжность и базируется на анализе учётных форм.составленных на ремонтных предприятиях полигона эксплуатации 8-осных цистерн.Упомянутый план ориентирован на получение цензурироьанных выборок наработок несущих составных, частей .которые наиболее естественным образом отражают условия эксплуатации

грузовых пагоноз.

Одновременно на ремонтных предприятиях рассматриваемого полигона эксплуатации 3-осннх цистерн собрана необходимая информация для оптимизации долговечности и системы ремонта.

В четвертой главе на примере 8-ооной ккстерьи изложены исследованные вопросы оценки безотказности грузового вагона.

Еаянейсим требованием к несущим конструкция?., подвижного состава является их безотказность,которая напрямую связана с безопас -носгыо движения.поэтому в ТЗ на новые конструкции вагонов преду -смотрены требования по надёжности.Необходимы в связи с этим методические подходы,с одной стороны,к обоснованию проектного уровня безотказности, с другой,- к оценке эксплуатационной надёжности.

Используя известные в теории надёжности методы,была подтверждена гипотеза 0 вейбулловости распределения наработок до отказа ("по трещинам )' рассматриваемых в настоящей работе конструкций,оценены точечные и интервальные оценки его параметров ("см. табл.2) .

Табл.2

Результаты расчетов

элемент конструкции $ «н % Л н $ срвАНяя^нара-ботка Т

пятник 2С04 1,73 1630 227о 1,64 1,84 1784

корпус автосцепки 2595 2,93 2С70 3140 2,4 3,2 23Г5

соединит бэлка 1692 3,44 П2С 2150 3,22 3,67 1524

Сценка надёжности крупных и ответственных состзеных несущих

частей вагона на стили:; проектирования по известным причинам затруднительна, Не удивительно поэтому,что назначенные срок:: службы этих узлов либо воссщэ не установлены,либо с::лько занижена.Послед-

нее работники транспорта заметили давно и исключенные из инвентарного парка Еагоны используют в качестве резерва для восполнения дефицита в запасных частях.В работе,опираясь на тезке исходные данные, оценено средне^ значение сверхнормативного срока эксплуатации корпуса автосцепки и соединительной балки,равные соответственно ? и 5 годам.

Полученные показатели надежности относятся к конструкциям 8-ос-ных цистерн,которые эксплуатируются в замкнутом маршруте на дорогах Сибири и Дальнего Востока.Среднесуточные пробеги этих вагонов в 2,5 раза выие среднесетевих.В той же мере на данном полигоне неблагоприятны профиль пути и температуры окружающей среда.Необходимо поэтому полученные показатели надёжности пересчитать на сред-несетевие условия эксплуатации.

В качестве показателя надежности,подлежащего пересчету,использована вероятность безотказной работы (ВЕР) .которая зависит от времени и режима нагружения ) _ „ .

1 = ,

где ¿2Г - наработка до отказа.

Обозначим через'^ - ресурс,который трактуем как время жизни изделия, если оно эксплуатируется в постоянном режиме нагружения . Функцию распределения ресурса конструкции обозначим через

Предполагаем линейность закона исчерпания ресурса,что мЭгемати-

(гь)

тлеФ'^^^ - скорость выработки ресурса конструкцией.

Понятно,что в общем случае является случайным процессом,

заЕ.-.щащим o^прочности и живучесви конструкции,режима использования по назначению и т.п.Если средняя наработка конструкции до отказа в дог '¿точно болыпое чивло раз больше любой составляющей оборота ва-¡\'н.1,то глуаанк« процесс можно считать эр'-^дическим.т.е. при

чески означает

- 21 -

•t

J f.v/ \ P

—>- a

о fa)

-L

где С? - средняя скорость выработки ресурса.

В математической теории случайных процессов доказано,что при выполнении условии ("15) и (16) имеет место приближенное равенство

T(i) û: f(17)

Заметим,что вычисленные ВЗР несуща частей есть не что иное,как P(~b) »т.к.режим использования 8-осных цистерн на дорогах Сибири в наибольшей степени приближен к ресурсным эксплуатационным испытаниям. ' . •

Применительно к решаемой задаче величина ë(b) принимает только два значения - 0 и I ,что следует трактовать как чередование периодов движения и простоя вагона.В качестве технологического цикла исполъзопния вагона по назначению возьмём его оборот,в течении . которого он пребывает в трех состояниях: простой;порожний пробег; грузовой пробег.

Обозначим через 2/. и скорость выработки ресурса и среднее время нахождения вагона в с -м состоянии соответственно.Среднесе-тевые условия использования цистерны характеризуются

rr Ь n'y Л. 0,5-;

Т. — Ч су m 17=0: , у

i 7 J 1 тъ— 3 су/«...

Видим,что средняя продолжительность оборота вагона составляет 8,65 суток,в то время как средняя наработка рассматриваемых в настоящей работе узлов в 10 - 20 раз продолжительнее,что видно из табл.2 .Следовательно,интегральное среднее стабилизируется^

т.е. выполняется условие (ifij . Тогда

a -àz (1.0

Т1 ^ с —i 1

где I - оборот вагона.

На рис. ty. - 5 показаны результаты расчетного анализа влияния „рсжпг/св уксцл\итам:п.характеризуемых величиной Q ,на безотказность

Функция надёжности пятника и соединительной балки

т а т йГ а) и а а> <и

С1

с

1П,11П - эксплуатация пятника 8-осной цистерны соответственно на дорогах Сибири и в среднесетевых условиях.

*сб' Псб ~ то по отношению

—-------, , к соединительной балке.

1 1 3 4 5 е г > > '(год!

Рис. Л

Влияние интенсивности использования вагона ьа функции

рМ ________

\ ш ш

надежности корпуса автосцепки

" ? < 5 в К в к Г> 1&од} Ряс. 5

узлов вагона. Ото позволило дать научно обоснованное объяснение фактам относительно частых отказов Ь-осных цистерн на дорогах Сибири и Дальнего Востока,что нередко трактуется как недостаток конструкции вагона.Так,Вероятность отказа автосцепки пог.ле пяти лет эксплуатации в среднесетевых условиях в 5 - 7 раз меньше,чем в условиях,в которых эксплуатируются 8-осние цистерны на дорогах Сибири и Дальнего Биотока.

Предложенная методика пересчета показателей надежности о одних режимов эксплуатации вагонов на другие может расо№ .•{•икатьоя как важнейшая составлявшая методического обеспечения «ТИС вагонного хозяйства.

Подобные резулг-тати,видимо,сопоставимы о затраченными усилиями на их получение.Тем не менее,эффективность результатов расчета-безотказности биле увеличена благодаря использованию их а качестве критерия оптимизаций некоторых объектов исследования.Такиисто-. яш,ей главе приведены результата исследований,напр,таенных на выбор оптимального относительно ВБР варианта технологического уироч кенил зубчогого колеса и вал-шестерня мотор-вагона метрополитена По заказу вагоноремонтного завода данная райота вшюлкялпег, сотрудниками кэф. "ТТМ и ККГМИИТо при участии автора.

Отраслевая неука должна бить готовой удовлетворить запроси вагоностроения в нормировании надежности своих изделий,что неизбежно по мере вхождения в рыночную экономику.Проблема но столько в разработке методики расчета.сколько в подготовке соответствующих баз исходных да иных.Однако первичным все-таки пасется этап разработки методического обеспечения расчетов,е по нему уже следует готовить информационное.

Данное утверждение нослухпло основной г.'зтив^роякол постанськи задачи об определении проектного урогня надежности вагон:. и его составных частей.

Обозначим через А показатель Сс¿сп:-з:-.:::?.! -агск: .г:т. -.л-:

уровень которого требуется определить.выходной.эффект от эксплуатации вагона обозначим через £ ,а черезминимальный уровень безотказности,при которой ещё можно технически использовать вагон.Через - обознаним расходы на повышение надёжности до уро вня Я .которые, ограничены величиной Соър .

Общая схема решения поставленной задачи представлена на рис.6 , дадим к нему некоторые пояснения.

Если эффект В от эксплуатации вагона соизмерю.: с затратами С на повышение надёжности конструкции,то рекомендуется последователь ность (вариант) решения задачи,условно обозначенный цепочкой цифр

1-2- г'- 4-5-6 (19)

В этом случае оптимальное значение безотказности /-¡ог) ^получают из решения следующей задачи н^ условный экскремум

Ж -_ trLO.CC. ; (20}

(с«?)^с огр> к21) .

Если ущерб из-за отказов вагона несоизмеримо велик по сравнению с затратами на повышение надёжности,то нет необходимости в поиске и решение начинается с определения Я^С^д ) .П>4'Р варианта б это». случае

I - 2 - 2- 4 - 8 (22)

Если выходной эффект £ от эксплуатации и затраты на повышение надёжности С вагона '- величины различного физического содержания,то,как к для предыдущего варианта",следует'стремиться к позние-нию надёжности до тех пор,пока не будут исчерпаны возможности изготовителя.В этом случае шишр варианта

1-3-3-4-8 (23)

1'ля каждого типа вагонов существует,как известно,лимитирующие по надежности их элементе конструкции.Если их отказч не ве;:ут к катастрофически:.: носледстютк.то оитя&алыюм уровень н.-.,:,:жисстг сулест-

вует и левдт он в области реальных значений.Однако нередки случаи, когда вычислить этот Уровень,исходя из сопоставления эффекта п затрат С ,как,в варианте (1%) ,не представляется возможным.Тогда проектный уровень безотказности рекомендуется определять экспертным методом.Шифр йарианта

" х 1

1-3-3-4-9 (24)

Для 8-осиой цистерны в наибольшей степени подходит вариант (22 В работе оценен проектный уровень ВЕР до первого планового ремонта &рр .Для принятых исходных данных он оказался равным 0,73 .

■Блок-схема нормирования надёжности вагона

Рис.6

I.Сиз.смысл Ей С; 2.Ущерб от отказа и затраты на повышение кздсжн. З.То же; 4.Построение зависимости С(в); 5.Построение функции Е(я); 6. Определение Й0ЛГ; ^С(Яспг)<Согр, В.Щгр)>Д^ 10.Принимаетсяйопг;ПчПрик;-мается (¡(С I; 12.Нет рещек;:я; Го.Прин::-

Предположим,что лучшим мировым образцам грузовых вагонов соответствуют конструкции, ВЕР которых до первого планового ремонта ровна «Умястсн вопрос - какие необходимо предъявить требования к надёжности составных частей конструкции с тем,чтобы надежность нагони б;;ла бы но меньше Я0 и при этом обеспечивался минимум себестоимости изготовления вагона. Если в кавестве взять определённый выше проектный уровень надёжности вагона ЯПр,то речь пойдёт об оп-имальном распределении запаса надёжности вагона между его составными частями.

Донное условие представимо в виде задачи условной оптимизации, где в качестве критерия оптимизации используется выражение

г«* V С25)

* V с*)

а в качестве ограничения ^

ПЯ,.;^ ^

¿«4

Здесь- стоимость ^-й модификации с-го элемента конструкции;

Я/ ' - показатель безотказности ?-й модификации ¿'-го элемента кон-

<г о

струкции вагона.

Применительно К конструкции Ь-осной цистерны задача (25) - ^26) решена с помощью метода динамического программирования.В результате рекомендоган проектный уровень безотказности: пятника - 0,979; корпуса автосценки - 0,964; соединительной балки - С,9ь6 ;

буксы,- 0,996 .

Пятая глава посвящена разработке методики оптимизации долговечности грузевого вагона.

Исследований по данной проблематике мало.Причина состоит,видимо, в том,что долговечность изделий машиностроения невозможно оценить, не газоорав-иеь с проблемами ремонта конструкции.Больше тоги,оптимизация долговечности и системы ремонта являются двухля сторонами одной к той же эьдачи.

Реализовать данный факт в действие мешает- то обстоятельство,что существующее гостовское определение (ГОСТ I8322-7S) понятия "систем ремонта" плохо согласуется с понятием надёжности.Для устранения этого препятствия предлагается по-новому взглянуть на систему ремонту - как на гнутреннее свойство конструкции (система ремонта в узком смысле) . Под последней предлагается понимать гиды и последовательность чередования ремонтов,их периодичность и объемы восстзповителышх работ.

Поскольку параметры системы ремонта полностью и однозначно определяют средний срок службы ^короче - срок службыJ ,но но наоборот, то поставленная задача 'в работе решалась в терминах система ремонта.

Разработке научных методов совершенствования ремонта подвижного состава посвящены работы Болотина Ы.Ы..Вугаева В.П..Горского A.B., Исаева И.П..Кирилюка A.B.,Клюки В.П..Мартынюк Н.Г..Скибы И.О., Сенько В.И. .Гайкора Г.Б. .Тартаковского Э.Д. .Шилсвича А.Г.-.Хабы И.К. *i ДР. '

Существующие методы нуждаются в дальнейшем совершенствовании теории подбора подходящих критериев оптимисзции системы ремонта л соответствующего информационного обеспечения,моделей технической эксплуатации,позволявшие учитывать специфику конструкции,технологии ремонта.корректный учет ограничений на дефицитные ресурсы к т„п.

С учетом отмеченного в данной диссертации предпринята попытка разработать такую методику оптимизации система ремонта,в которой бы учитывались эти и другие требования.

. В работе остановились на катемэтической формулировке задачи в

виде двухкритериальной задачи нз условный экстремум

р ) ~ ——---

•)-■ .'^бестоимость единицы пробега вагона;

<Я(£)~ вЩ'ахснио, эквивалентное по смыслу коучФнциенту оперативной

готовности \l\JJi..)- потребность » деповском ремонте вагонов к -го ти

па н течение интересующего нас колендарпого года;Я.,, - затраты

О г'

на ^ -й клип ильниН ремонт (КР^ ; {.'^ ¿-й межремонтный

пробег и затраты на ¿-¡1 деповской ремонт (дГ) соответственно в

пределах [-го ремонтного цикла; О/и (г> - параметры,хзрактери-

* с} <г

зияние изменение удельних эксплуатационные расходов в пределах

; -го ремонтного цикла; ^ = ;

О

Нк - мощность ремонтного хозяйства вагонов К-го типа;

в(Х) = \Щах, ул+(гг-гл)Р(ф(/л-ГА)е(£) ;

и - функция распределения пробега вагона до отказа и до постановки в ремонт соответственно; $\ » У У* ~ г1ГС|Должи'гель~ кости деповских ремонтов предупредительного и аварийного характера а также текущепо ремонта соответственно; - пробег в груженом состо шии;/И^ - структура у-то ]е;/онтного цикла;

01 ~ покупная и ликвидная стоимость вагона. Использование критерия (2?) ооначаот признание того факта,что последствия отказов вагона можно свести к потерям в денежном выражении. Однако это положение неверно,если среди отказов имеется т^г.и:, последствия которых не поддаются экономическому измерению^ например,создаётся угроза оеьопасности движения.Примером таких от-Ечгзов гьл'утсч хрупкие трещины.Этим объясняется использование кр>.'.~ т ср.: я (29 ) .

СсоОенностй н-^ей з^дочи поэвол«!пт без особого \-.:;егоа для ;/онеч-

ного результата упростить методику решения (¿7) - -рауоип. её

на последовательные этапы:

1.Решается задача (26^ - получаем оптимальную но усломилл. б(,ао-пасности движения периодичность деповского ремонта .

2. Формирыется множество О- не противоречивых здравому смыслу структур системы ];емонта.Под упомянутой структурой понш.ается количество ремонтных циклов за срок службы вагона и количество Д1' я

пределах каждого ремонтного цикла.

3. Предполагая существование минимума фушшии , а он безусловно существует .для каждой структуры <-0> £.0- решают задачу/^'/). Тем самым,для паддоЯ С -той структуры системы ремонта определяются оптимальные пробеги между ремонтами л срок служен ли 1 они.

<1, Из множество идентифицированных систем ремонта находите; та, на которой ФункцияЛ('^-']иринкмает наименьшее значение.Эта система ремонта ^обозначим её через остается для дальнейшего решения. Через ^^ обозначим мечремонтж'е пробеги,соответствующее системе г«)^

5. Для системы ремонта с«?, по специально разработанной методике расчитывается потребность в плановых ремонтах 11^ нагонов /< -го ти па в течении интересующего нас календарного годэ.

6. С помощью решающего правила

межремонтные прооеги системы (л) корректируются относительно критерия (29) .

?. Для полученной системы ремонта проверяемая условие } • Если оно соблюдается,то полуенпая система ремонта явлис-тсл искомой. Если же условие не исполняется,™ решения,соответствующего пргнлтнм исходным данным,не суи^твует.

лак видно,в настоящей работе речь идёт о поиске £ -оптимальных параметров системы ремонта. »

В рамках 1,6 и 7 этапа ал1с;ит:.и ут.!тц!'«втся особеннеег л ¡-:..:т~

рукции v. ее эксплуатации,для чего в охэрме специально!! схемы предложен прием анализа. В результате удалось следующее.

- Выделить те виды ремонта.которые следует учитывать при оптимизации системы ремонта.

- S¡явить условия,при которых ДР носит либо планово-предупредительный характер ^ДР^) .либо планово-аварийный характер

- Убедиться в целесообразности регламентами объемов восстанови- 1. тельных работ при ДР и КР ,а также "жесткого" планирования (моментов подвода вагонов в депо и ВРЗ для осуществления этих видов ремонта . ,

- Уяснить назначение каждого вида ремонта и его место в системе TCP.Ток,основное назначение ДР - контрольно-диагностическая функция и ориентирован он прежде всего на достаточно массивные детали с ограниченной контролепригодностью в эксплуатации,отказ которых напрямую связан с безопасностью движения.Последним объясняется перечень узлов вагона.которые подвержены рассмотрению в настоящей работе , и выбор параметрадля корректировки экономически целесообразной системы ремонта.

В рамках упомянутых этапов представляется такие возможным непос-редственноучитывать технологии ремонта.которые время от времени предлагают ученые и специалисты транспорта.Наиболее гибким инструментом схематизации особенностей технической эксплуатации являются агрегаты типа "стратегия ремонта" - систола правил,с помощью которых осуществляется переход вагона из одного состояния в другое.

В диссертации проанализированы различные стратегии ремонта.В принципе наиболее приемлема та из них,на которой достигается максимальное значение/^. . Однако следует при отом учитывать и затраты о Э

различных ресурсов на ремонт и техническое обслуживание.Поэтому во всём мире наблюдается тенденция к организации ремонтов крупного • объема по техническому состоянию,который имеет,как известно,иланово - диагностический характер.

Из-за отсутствия диагностических технолог::.'; и надежных методов оценки остаточного ресурса несущих конструкций подвижного состава вагонноо хозяйство не готово к полномуситабному переходу к организации ДР по техническому состоянии.Тем не менее,уместно поэтапнсе приближение к указанной прогрессивной форме ремонта.

В связи с зтим в диссертации к теоретическому анализу принята следующая форма организации ДР. Периодичность подачи в ремонт гру- ■ зовых вагонов по-прежнему планируется приказом Ь'ЛС исхода из потребности в нём базовых несущих узлов конструкции с репламентированны-ми объёмами восстановительных работ.При этом коллективам ЛТС дается право и обеспечивается экономический интересе к перепланированию в сторону отдаления даты очередного £Р вагона в зависимости от его технического состояния.

Указанная форма организации ДР отражена в недавно принятой системе ремонта грузовых, вагонов,и ей необходимо сопоставить адекватную стратегию ремонта.Решение било найдено в виде следующей расчётной стратегии.

В момент начала эксплуатации вагона с помощью специального статистического эксперимента- определяется дата первого ДР.Результат эксперимента заносится в трафарет вагона.Если.к указанной дате ни один элемент конструкции вагона не отказал,то в этот момент начинается деповской ремонт планово-предупредительного характера .Если же к условленному моменту начала Д> какой-либо узел отказал,то возможны два случая.Первый - отказ при технических осмотрах не обнаружен.Тогда в момент,обозначенный в трафарете,начинается деповской ремонт планово-аварийного характера ^¿Р2) „Второй случай - отказ притехнических осмотрах обнаружен.Тогда в с-мент обнаружения отказа начинается текущий ремонт." • После окончания любого ремонта с помощью того хе стотистнчс-сксгс эксперимента перепланируете* момент н-чз.-.о с.-.-еду еще г с Ц- .'¡,--.е процесс технической эксплултацпи повторяется.

-32 _

Критерий (28) соответствует данной стратегии ремонта. В результате решения задачи (27) - представляется возможным одновременно найти:

I.Оптимальное число ремонтных циклов за срок службы вагона.

2.Оптимальную структуру каждого ремонтного цикла.

3.Оптимальные межремонтные пробеги.

4.Оптимальный срок службы - важнейший показатель долговечности. Тем самим,устанавливается количественная связь между параметрами системы ремонта и сроком службы вагона.Не менее важно связать срок службы и систему ремонта вагона с потребностью его в запасных частях.Предлагаемая методика к этому предрасположена.

Достигается это тем,что функция распределения наработок составных частей вагона до отказа используется,с одной стороны,для определения функции распределения наработки до отказа вагона. С дру -той, - для оптимизации периодичности замен рассматриваемых составных частей вагона.

В ограничение (29) входит величинаП^-^в явной зависимости от параметров системы ремонта.Существующие методики определения потребности в плановых ремонтах не обладают таким свойством.Поэтому в настоящей рабдте предложена методика определения Р^ ,для реализации которой необходимы исходные данные двух типов - параметры системы ремонта и возрастной состав вагонов К-го типа.Понятно,что неравенство (29) может бить использовано и ьме задачи (27) - фэ)-для сравнения имеющихся систем ремонта с точки зрения их соответствия существующей ремонтной базе.Удобно решать и обратные задачи -задачи прогноза ремонтной базы.

Учитывая известные экономические преимущества 8-осных цистерн, представляет интерес расчетное обоснование системы их ремонта.Для этого разработан комплекс программ 'ТЕМ)" .адаптированный нз Г?ЗМ серии ЕС. Некоторые результаты ^счетов отражены в табл.З - 4 . Вычисленное оптимальное значение ^ равно '¿6 мес.При этом всюду

предполагалось,что среднегодовой пробег b-осной цистерны составляет 100 тыс.км. В табл.3 приведены оптимальные параметры системы ремонта,струк-

Табл.З

Результаты расчетов

структура ремонтных циклов периодичность ДР Гмес^ срок службы ¿год]

I рем.цикл 2 рем.цикл 3 рем.цикл

23 16 14

2Г 14 . 12

19 13 12

17 12 II

9-9-8 • 16 II 10 28,3

15 . 10 10

14 10 9

12 9 8

12 8 8

11 8 -

тура котЬрой идентична ныне действующей системе ремонта 8-осной ' цистерны.Как видно из таблицы,срок службы цистерны на 3,7 года меньше нормативного;

Если же подвергнуть вариации не только межремонтные'пробеги,ко и структуру системы ремонта,то оптимальной является двухцикловая, .межремонтные пробеги которой приведены в табл.4

Оптимальный срок службы составляет 21 год,единственный капитальный ремонт осуществляется на 13 - м году эксплуатации.

Отметим,что приведенные оптимальные параметры системы ремонта и срок службы ориентированы на 8-осные цистерны .которые эксплуатируются в тяжелых условиях на дорогах Сибири и Дальнего Востока.

Шестая глава посвящена разработке рекомендаций,напрвя:;екных на совершенствование "Норм расчера и проектирования вагонов" .

Большинство исследований б области надёгнссти технических систем

Табл.4

Результаты, расчетов

структура периодичность ДР [мес.] срок службы [год]

ремонтных циклов I рем. цикл 2 рем. цикл

26 22

25 20

22 19

7-6 21 17 21

18 16

17 15

14 —

имеет один и тот же недостаток - они неважно приспособлены к применению на этатах реального проектирования и конструирования.Надо дать возможность пробиться и проявиться теории надёжности на уровне традиционных методов проектирования вагонов.Роль "троянского коня" в этом деле целесообразнее всего отвести "Нормам расчета и проектирования вагонов".Для этого следует переосмыслить некоторые важные положения этого документа.

.Между тем,существует второй по значению нормативный документ -"Система технического обслуживания и ремонта вагонов".В предыду -щем разделе показан сдособ ( см. критерий (28)) привнесения в практику организации работы вагонного хозяйства результатов надёжностных расчетов посредством указанного документа.

3]^ объёма "Норм расчета и проектирования вагонов" отведено под

описание методов расчета вагонных конструкций.Оставшаяся часть рассматриваемого документа посвящена регламентации расчетных сил и режимов нагружения.т.е. внешних воздействующих факторов (ВВ$) .Однако ВЬС не могут в полной мере отражать условия эксплуатации.Необходим учёт интенсивности использования вагона по назначение ( ИН) и начесть а организации технического обслуживания и ремонта ("С").

- 35 "

Последние две составляющие процесса эксплуатации вагона в "Нор -мах" не классифицированы и,тем более,не нормированы.

Учёные и специалисты постепенно приходят к Пониманию,что при проектировании невозможно отделить вагон от условий эксплуатации, иметь вагон в чистом,так сказать,виде.Последнее подаодит к убеждению,что вагон должен проектироваться одновременно с эксплуатационной средой,в которой он будет использоваться.Поэтому в настоящей работе предлагается классифицировать систему "гагон-среда"

i

о помощью векторе

(aXJctZJct3)s (3i)

компоненты которого характеризуют Ш,ЕБ5 и ТОР соответственно.

Здесь: - средняя скорость исчерпания ресурса конструкцией и вычисляется по формуле (ш) ;

Qj - избыточность конструкции,например,коэффициент запаса прочности или коэффициент устойчивости движения и т.п. Методика вычисления иирояо представлена в учебной и научной литературе;

СЛ~ - коэффициент запаса мощности ремонтного хозяйства -3 М

Q3-?T' Г32)

где Ми Г7 - мощность ремонтного хозяйства и потребность в плановых ремонтах вагонов рассматриваемого типа соответственно. Первая величина является паспортной,а вторая вычисляется по разработанной в диссертации методике. •

Практическая направленность данного предложения ссстоип в стремлении нейти своего рода общий знаменатель для введенных компонентов вектора Q с тем,чтобы установить мевду ними однозначное соответствие.Так например,при вынужденом уменьшении избыточности конструкции но прочности Q£ ^резкое повышение рыночных цен на металл j заказник вагонов доллен иметь зозмс.тность с помощь» расчета определить меру увеличения Q^ ^лгСо kí-г зп;:га кием ' мощности ремонтной оаэн.ляоо ;:з:.,ен-,>:-;,е« системы ремонта j .¿это-

"3S ~

рое обеспечит приемлемый уровень надежности вагона.Тем саыым,представляется возможным сопоставить дополнительные затраты но организацию ремонта с экономней от покупки ыенео надежных,а,сдедоватолько,более дешевых вагонов.В этом случае содержательная сторона "Норм ..." приобретает новые возможности.

В качестве указанного выше общего знаменателя должен выступать функционал качества системы "вагон-среда".определённый на шюкествз векторов а .обозначим его через .

Критические условия существования системы "вагон-среда" характеризует вектор

что вытекает из определения величин Q.» С £--^ *

Введём в рассматрениа область допустишх векторов и обозначил ее через

Q"^{cLifyctjsis(34;

Здесь значения компонентов вектора & ^ определяются конъюктурой рыночных цен на материалы,труд и т.п.,в то время как вектор d^l'ij'iti) характеризует технические возможности изготовителя и заказчика вагонов.

В диссертационной работе.обосновано существование функционала качества системы "вагон-среда" в явной зависимости от вектора Q , т.е. в видеQjfl^B данном случае являющимся по смысловому оодор жанию вероятностью отказа вагона. Тогда вектор О. .удовлетворяющий экстремальной задаче

fF(a) —^

С C3V

характеризует оптимальные параметры системы "вагон-среда".

Так;::.: образом,представляется возможным классифицировать параметры с/стемц "ьигси-среда" в следующем виде.

:. К; ;:?Z4-vok;:& .когда Ct^ = ± ; ал~± ; Ct^ — d..

л -л

2. Допустиглые,когда О-

3. Оптимальные,когда вектор О. является решением задачи (35_).

Предлагаемая классификация позволяет оценить'любую существующую конструкцию вагона с точки зрения её соответствия условиям эксплуатации.Так, нетрудно заметить - условия эксплуатации 8-осннх цистерн явно не являются допустимыми,т.к. для неё < 3. ,

Заключение

В результате проведенных исследований дано комплексное решение

актуальной для народного хозяйства научной' проблемы,направленной «

на повышение надежности вагопов на различных этапах их жизненного цикла.

1. "методы сценки и прогнозирования надёжности вагонных конструкций являются методической основой для решения важнейшей задачи отраслевой наук» - педалирование динамического равновесия между показателями кэчестм конструкции единицы подвитого состава и мощностью ремонтного хозяйства.■

2. Установлено,что существующие работы по надёжности вагонов имеют ряд недостатков,основными из которых явчяются: их-результаты не приспособлены к применению на этапах реального проектирования

и конструирования; не уделяется должного внимания информационному обеспечению задач надежности - на сегодняшний день отсутствуют организационные структуры для сбора'и накопления данных оо отказах, адекватных стандартным планам испытании на надёжность; негазгзес- " тайность расчетных методоз физической трактовки отказов несущих элементов конструкции,оценки показателей долговечности.

3. Эксплуатационные разрушения литых и сварных несу_.:.х составных частей вагона нередко имеют,особенно э зимнее Бр^:.л,кзазихруг-киЗ характер. Необходимо, включить з "Нормы'расчета

вагонов " требования по обеспечению хр;~кс.. г.;с-тс."

в диссертационной работе предложен алгоритм и программный комл -леке для оценки хрупкой прочности,который был апробирован применительно к конструкции 8-оской цистерны.При этом в роботе вича -слены критические размеры:

- объёмных дефектов литья и сварки;

- эксплуатационных трещин.

Первый результат позволяет по данным специалистов повысить примерно ня 10 - 20 % уровень надёжности на стадии изготовления путём отбраковки дефектных конструкций с помощью современных диагностических систем.Нормирование в отраслевой документации критических и допускаемых размеров трещин повысит достоверность информации о техническом состоянии подвижного состава.точность оценок эксплуатационной надёжности.Последнее было реализовано на этапе предварительной обработки эксплуатационной информации об отказах 6-осных цистерн.

4. Разработаны рекомендации по информационному обеспечению задач повышения надёжности грузовых вагонов. Йри этом предлагается двухступенчатое решение задачи,

- Внедрение подотраслевой информационной службы мажоритарного типа.Для этого предлагается реорганизовать существующую службу надежности вагонного хозяйства.Усилия её работников должны сфокусированы на постоянном съёме,электронном перемещении,накоплении

и обработке эксплуатационных данных относительно вагонов,которые эксплуатируются в замкнутых маршрутах. В работе предложено соответствующее методическое обеспечение.

- Внедрение новой информационной система отраслевого уровня -НКС отрасли,в основе которой лежит компъютерное накопление данных по каждому вагону в течении срока его службы.Указаны и обоснованы реквизиты упомянутых данных.Предложена конфигурация и принцип фг/!;к:;ис/!лроььния 1П:С отрасли,разработан и испытан макетный образе:: устройства для автоматического съема номера вагона.Сжидаешй

- 39 -

годовой эконсмиыеский эффект только от сокращения писленности персонала составляет П86000 руб.

5. Разработанные автором методические указания для сбора и обработки данных и модель имитации стандартного плана эксплуатационных испытаний позволили представить информацию о наработках элементов конструкции 8-осно15 цистерны в виде цензурированных выборок.Последнее наиболее естественно отражает особенности эксплуатации грузовнх вагонов.Вычислены оценки показателей безотказности конструкций.которые эксплуатируются с большой интенсивностью на дорогах Сибири и Дальнего Востока.Поэтому полученные оценки являются граничными. .

6. Разработана методика пересчета показателей надёжности вагона с одних режимов эксплуатации на другие.Установлено,в частности,что средняя наработка до отказа несущих конструкций,эксплуатируемых на дорогах Сибири в замкнутых маршрутах,в два и более раз меньше ,чем при эксплуатации в среднесетевнх условиях.

7. При отсутствий надёжных организационных структур для сбора данных,пригодных для количесвенной оценки надёжности грузовых вагонов,необходимо в исследованиях использовать те методические приемы,которые снимали бы вредное влияние не контролируемой пока неточности первичной эксплуатационной информации на результаты расчетов.К упомянутым приемам относится использование полученных показателей надёжности в качестве критериев оптимизации тех или иных объектов исследования.В настоящей работе в качестве указанных объектов использованы технологический процесс упрочнения элементов тягового редуктора мотор-вагона метрополитена.проектный уровень 8-осной цистерны и парам-етры система ремонта.

8. Предложен обобщенный алгоритм определения проектного урсЕня безотказности вагона,определен состав базы исходных данных,накопление которых не налажено ни изготовителем,ни заказчиком гзгонсз. Установлено,что проектный уровень вероятности оеэоткязксД гзссту

- 40 -

до первого планового ремонта должен составлять не менее 0,78 .

9. Установлено,что целесообразнее всего оптимизировать срок службы вагона косвенным образом - путём оптимизации системы ремонта вагона.Стояиее на этом пути терминалогическое препятствие было устранено путём введения нового определения системы ремонта отражающего индивидуальное свойство конструкций.

10. Разработаны методические основы оптимизации системы ремонта относительно экономического и надёжностного критериев с учетом ограничения на дефицитные ресурсы,выделяемые вагонному-хозяйству.При этом решены следующие вопросы.

10.1 Рвзработан алгоритм и комплекс программ решения задачи, адаптированный на ЭВМ серии ЕС и ориентированный на использование в САПР - грузовой вагон.

10.2 Проанализирована перспективная форма организации деповского ремонта,при которой коллективам ИГО предоставляется право перепланировать очередной плановый ремонт взависимости от технического состояния вагона.Разработанная расчетная стратегия ремонта адекватно отражает упомянутую форму ремонта.которая позднее была регламентирована приказом МПС <Щ от 19.01.90 .

10.3 Разработана методика определения потребности в плановых видах ремонта,учитывающая в явном виде параметры системы ремонта. Последнее позволило,в частности,на примере 8-опных цистерн сравнить несколько систем ремонта с точки зрения их соответствия мощности ремонтного хозяйства этого типа вагонов.Так.при действую -цей системе ремонта в 1992 году необходимо пропустить через деповской ремонт 11663 вагонов.Это значительно превышает возмох -ности ремонтной базы 8-осных цистерн.В случае внедрения оптималь кой системы ремонта.которая предлагается в работе,через деповской ремонт необходимо пропустить лишь 7452 вагона.

1С.4 разработан методический прием анализа действующей систе • I емок та .благодаря чему получен стьет на вопрос - почему су - .

- 41 -

шествующая система ремонта устроена так,а не иначе.При этом:

- установлено место и роль каждой составляющей системы ремонта;

- уяснены условия,при которых деповской ремонт носит либо ш:а-ново-предупредительный.либо планово-аварийный характер;

- выделены те виды ремонта,которые следует учитывать при оптимизации .подобрать наиболее подходящую модель схематизации технической эксплуатации составных частей вагона;

- убедились в целесообразности регламентации объемов восстановительных работ при деповском ремонте,а также в "жестком" планировании подвода вагонов в ремонт. .

10.5 Предложена оптимальная система ремонта и срок службы 8-осной цистерны применительно к условиям эксплуатации на дорогах Сибири и Дальнего Востока,Ожидаемый годовой экономический эффект 144 тыс.руб. на 1000 вагонов (в ценах 1990 г.) .

II. В работе разработана предложения но совершенствованию "Норм-расчета и проектирования вагонов".основанные на принципе одновременного проектирования вагона и эксплуатационной среды,в кото рой он будет использоваться.Для этого предлагается классифицировать состояние системы "вагон-среда" с помощью вектора,три компоненты которого учитывают соответственно интенсивность использования яо назначению,вне^ие воздействующие факторы и качество организации ремонта.

Состояние .условий эксплуатации существующих конструкций предлагается классифицировать как либо критическое,либо допустимое, либо оптимальное.

12. Разработанные с участием автора диссертации новые конструкции соединительной балки и пятникового узла защищены авторскими свидетельствами.

- 42 -

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

I. Устич П.А. .Мыжов В.Г. О комплексном подходе к позышению Эффективности вагонных-конструкций.// Труды ШИТа,вып.679, I98I.C.7S-97 .

2« Усткч П.А. ,Вдин Д.Л. .Перраков АЛ1. .Корноухов А,П.Сценка влияния технологического упрочения на надёжность несущих узлов подвижного состава//Вестник BHMiT, №1,1983,0.35-87 .

3. Брагинский А.П..Устич П.А «.Алексюткин р.А. и др. Исследование трециностойкости материала пятников железнодорожных цистерн.// Труды ЖИТа,вып.780,1986,с.87-91 .

4. Устич П.А.ДуравлевМ.М-.Алексюткин Б.А..Цыпичева В.П.Оценка ремонтопригодности грузовых вагонов. В кн.¡Современные методы расчета вагонов на прочность.надёжность и устойчивость.//

М.¡Транспорт,1986<с.117-123.

5. Устич П.А. и др.Пятниковый узел вагона.Авторское свидетельство № 1425П8,бюлл.135,1986 .

6. Устич П.А. и др. Штампосвзрная соединительная балка четырех -осной тележки железнодорожного подвижного состава.Авторское свидетельство.М373609,бюлл..1г<6,19Ь6 .

7. Устич П.А. Надёжность вагона.//М.$ Ш1Т, 1982,149 с.

8. Устич П.А.,Алексюткин Б.А.,Чигладзе Д.В..Коксяков А.П. Оптимизация периодичности плановых ремонтов грузовых Еагонов.// Вестник B!im.T,Jf6,1987.C.36-39 .

9. Котуранов В.Н.,Устич П.А..Буренков O.K. Расчетное обоснование мероприятий по повышению хрупкой прочности конструкций.// Вестник шаиностроения,И,1&Ьс),с.10-13 .

10.Устич П.А. и др. Споры кузова транспортного средства на тележку.Авторское сьидетельство.#1472324 ,бюлл.'Й4,1987.

11. Устич П.А. и др.Пятниковый узел рельсового транспортного средства. Авторское свидетельство.:Г1Ь00724,6улл.:<':;6Л2Ьо.

- 43 -

12.Устич П.А. и др.Опорное устройство кузс": вагона на две двухосные тележка.Авторское свидетельство.л1555164,<5тл.#13,1388.

13.Усткч П.А. и др.Пятниковый узел рельсового транспортного средства .Авторское сводетельство..№1449422,бюлл..!ё1,1987 .

14.Устич П.А.Система технического обслуживания и ремонта грузовых вагонов.// 1.1.:.\МИТ, 1939,153 с.

15.Устич П.А..Моксяков А.П..Банслов В.Д.Оптимизация плановых ремонтов вагонов.//Механизация и автоматизация производства. М. füll,1989,с.35-3? .

16. Устич П.А..Генадиев Г.Б.Надёжност на вагоните. София,1989Л13с.

17.Устич П.А- .Болотин М,М..Моксяков А.П. Автоматизировать контроль за состоянием вагонов./Делезнодорожный транспорт.^, 1990 с.41 .

18.Устич П.А. Надежность вагонов.В кн.:Нагруженность элементов конструкции Еагона'.Под рёд.Кстуранова В.II. К. ¡Транспорт, I99I.C.186-231 .

19.Котуранов В.Н..Болотин Ю.,Устич П.А..Моксяков А.П.Проблемы п перспективы развития-информационной системы кел.дор.транспорта. //Механизация и автоматизация производства.JÖ.I99I,

с.29-32 .

20.Устич П.А. .Коксяков-А.П..Банслов Ю.Д. Деварутин В.Я,Расчетное обоснование параметров системы ремонта грузовых вагонов.// Вестник BHIfiffiT,$4,1991,с. 12-16

21.Устич П.А..Моксяков А.П.,Аверин В.Н..Карелина М.В.Обоскованяе

. структуры и параметров системы ремонта изделий машиностроения// Механизация и автоматизация производства.£11,1991,с.35-59.