автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Разработка метода системного анализа автотормоза грузового подвижного состава

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБОСНОВАНИЕ НАПРАВЛЕНИЯ И ЗАДАЧ ДИССЕРТАЦИОННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1 Анализ проблем эксплуатации тормозных систем грузовых вагонов и особенности их решения

1.2 Особенности и задачи развития, совершенствования и проектирования тормозных систем грузовых вагонов

1.3 Ретроспективный анализ существующих и приоритетные на современном этапе направления научных исследований. Цели и задачи диссертационных исследований. 35 Заключение и выводы

ГЛАВА 2. КАЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ АВТОТОРМОЗА ГРУЗОВОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА.

2.1. Надежность - как системный показатель тормозной системы грузового поезда и существующие методы оценки надежности

2.2. Разработка дерева неблагоприятных событий при функционировании тормозной системы поезда в эксплуатации

2.2.1. Анализ целей и задач тормозной системы грузового поезда и обоснование главного завершающего неблагоприятного события

2.2.2. Обоснование завершающих событий дерева отказов, приводящих к не обеспечению достаточной эффективности управления, безаварийности, требуемой сохранности агрегатов и груза

2.2.3. Обоснование событий, приводящих к недостаточности потребной эффективности рабочего цикла тормозной системы поезда

2.2.4. Анализ причин, обоснование и систематизация событий приводящих к недостаточности потребной эффективности тормозной системы поезда при торможении

2.2.5. Обоснование, анализ и систематизация неблагоприятных событий из условия необеспеченности нажатий тормозной системой поезда при торможении

2.2.5.1. Обоснование и формулирование наиболее главных неблагоприятных событий

2.2.5.2. Обоснование и формулирование неблагоприятных событий приводящих к отсутствию нажатий в тормозных системах вагонов

2.2.5.3. Вывод обобщенного выражения для определения предельного количества отказавших тормозных систем вагонов в зависимости от расположения рассматриваемого события в дереве отказов.

2.2.5.4. Обоснование неблагоприятных событий с точки зрения отсутствия передачи управляющего сигнала к тормозным системам вагонов

2.2.5.5. Выявление неблагоприятных событий, характеризующих нерабочее состояние тормозной системы вагона

2.2.5.6. Анализ причин, обоснование и систематизация событий, приводящих к отказу воздухораспределителя

2.2.5.7. Обоснование неблагоприятных событий, обуславливающих отсутствие торможения, для других агрегатов и узлов тормозной системы вагона

2.2.5.8. Анализ, систематизация и структурирование событий, обусловливающих недопустимое снижение эффективности по обеспеченности нажатий тормозных систем вагонов

2.2.6. Обоснование, анализ и систематизация событий, отражающих отказ тормозной системы поезда при торможении по динамическим свойствам

2.2.7. Обоснование, анализ и систематизация событий из условий потери стабилизации нажатий при торможении в тормозной системе поезда

2.2.8. Обоснование, анализ и систематизация событий, обуславливающих явление юза в тормозной системе поезда 158 Выводы по главе

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ КОЛИЧЕСТВЕННОГО АНАЛИЗА ДЕРЕВА НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ СОБЫТИЙ ДЛЯ ТОРМОЗНОЙ СИСТЕМЫ ПОЕЗДА.

3.1. Ранжирование выявленных событий

3.2. Разработка методики количественного анализа дерева ранжированных событий

3.2.1. Общие аспекты и подходы количественного анализа дерева событий

3.2.2. Разработка методики количественного анализа дерева событий, охватывающих явление юза колесной пары

3.2.3. Разработка методики количественного анализа дерева событий, отражающих снижение эффективности по обеспеченности нажатий в состоянии перекрыши тормозной системы поезда

3.2.4. Разработка методики количественного анализа дерева событий, охватывающих несрабатывание воздухораспределителя на торможение

3.2.5. Особенности событий, отражающих снижение коэффициента использования управляющего сигнала тормозной системой вагона ниже требуемой величины, не эффективного использования колодок и задачи дальнейших исследований 212 Выводы по главе

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА КОНЦЕПТУАЛЬНЫХ ПОДХОДОВ ОЦЕНКИ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА АВТОТОРМОЗА ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ НА СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

4.1. Основные требования к тормозным системам грузовых вагонов, существующие методы оценки и их развитие

4.1.1. Основные требования к тормозным рычажным передачам

4.1.2. Задачи, существующие методы оценки предъявляемых требований к тормозным системам грузовых вагонов и тенденции их развития

4.2. Методика оценки основных параметров тормозных систем на основе блокирующих контуров

4.2.1. Основные подходы и постановка задач

4.2.2. Разработка методики оценки предельных тормозных путей, коэффициентов расчетных нажатий и коэффициентов передачи усилий на основе блокирующих контуров 226 4.3. Анализ механизмов рычажных передач грузовых вагонов на основе методов теории механизмов и машин 234 4.3.1. Подходы и особенности структурного анализа для механизмов тормозных рычажных передач грузовых вагонов

4.3.1.1 Направления совершенствования структурного анализа рычажных передач

4.3.1.2 Особенности структуры рычажной передачи как плоского механизма с учетом устройств отвода колодок

4.3.1.3. Особенности и структурный анализ рычажной передачи как пространственного механизма

4.3.1.4. Обоснование структуры пространственного узла подвесок и триангеля без дополнительных устройств

4.3.1.5. Обоснование структуры пространственного узла серьги и вертикального рычага

4.3.1.6. Обоснование структуры пространственного узла подосная тяга - внутренний вертикальный рычаг

4.3.1.7. Обоснование структуры пространственного узла тормозного цилиндра

4.3.1.8. Учет взаимного перемещения элементов тележек относительно элементов вагона в структуре тормозной рычажной передачи грузового вагона

4.3.1.9. Определение степеней свободы пространственного механизма тормозной рычажной передачи грузового вагона 258 Выводы по главе

ГЛАВА 5. УЛУЧШЕНИЕ КАЧЕСТВЕННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ АВТОТОРМОЗА ГРУЗОВОГО ВАГОНА

5.1. Оценка качественных показателей автотормоза грузового вагона для перспективных условий эксплуатации

5.1.1. Анализ предельных тормозных путей и коэффициентов расчетных нажатий

5.1.2. Анализ предельных коэффициентов передачи усилий

5.2. Выбор параметров устройства отвода на основе синтеза механизма и результаты его испытаний

5.2.1. Выбор параметров устройства отвода поводкового типа на основе синтеза меха низма

5.2.2. Результаты испытаний устройства отвода поводкового типа 281 Выводы по главе 5 288 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 290 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 297 ПРИЛОЖЕНИЯ

Современные условия предъявляют весьма жесткие требования практически ко всем отраслям народного хозяйства. Не исключением является и отрасль железнодорожного транспорта, призванного обеспечивать перевозочный процесс при максимальной его эффективности и максимальном удовлетворении требований безопасности движения. Обеспечение современных требований неразрывно связано с развитием ж.д. транспорта, предполагающего приоритетное развитие основных направлений. В качестве основных направлений следует указать сферу проектирования и конструирования, совершенствования технологий ремонта и обслуживания, сферу диагностирования конструкций, оборудования систем в эксплуатации и после ремонта, сферу использования современных информационных технологий, сферу совершенствования технологий и методов управления подвижным составом и многие другие. Указанные сферы деятельности относятся к различным объектам и системам железнодорожного транспорта. Не исключением являются тормозные системы и автотормозная техника подвижного состава.

Тормозная система представляет собой одну из наиболее сложных систем, применяемых на подвижном составе, а автотормозная техника является одним из важных элементов железнодорожного транспорта. От уровня их развития зависят такие показатели как пропускная и провозная способность железных дорог, эффективность перевозочного процесса, безопасность движения и другие. Процесс непрерывного развития автотормозной техники позволил решить ряд важных проблем и задач в области перевозочного процесса и движения поездов. Вместе с этим на сегодняшний день вопросы совершенствования и развития не потеряли своей актуальности. Так в соответствии с Федеральной программой «Разработка и производство в России грузового подвижного состава нового поколения» предусматривается разработка и производство с учетом мирового опыта на отечественных машиностроительных заводах подвижного состава, отличающихся повышенными технико-экономическими, потребительскими и экологическими качествами. При этом существующие проблемы и задачи, требующие своего решения, охватывают различные области деятельности. К таковым следует отнести область совершенствования научных и предпроектных исследований, область проектирования и конструирования, область эксплуатации тормозных систем и автотормозной техники.

Область проектирования и конструирования является наиболее важной. Как правило, разработка и совершенствование конструкций осуществляется на основе технических требований. Технические требования разрабатываются на основе требований эксплуатации, тенденций развития и имеющихся наработок и опыта. Результатом проектирования и конструирования является новая или усовершенствованная конструкция, которая определяет требования к ее эксплуатации, содержанию и ремонту. Известно, что снижение качества проектно-конструкторских работ и ограниченный учет эксплуатационных условий, обуславливает снижение эффективности использования конструкции, повышение объема работ по содержанию и ремонту, снижение показателей надежности, уровня безопасности в эксплуатации. Отсюда развитие и совершенствование автотормозной техники тесно связаны с анализом и оценкой существующих методов проектирования и конструирования, выявлением и обоснованием путей их совершенствования с целью повышения качества предоставляемых проектов.

Область научных и предпроектных исследований является одной из фундаментальных областей. Успехи и достижения научных изысканий позволяют определить основные тенденции и направления развития автотормозной техники, технические требования и мероприятия по их реализации, успешно решать вопросы совершенствования конструкций, их эксплуатации и обслуживания. При этом немаловажным является совершенствование научных подходов и методов. Особенность научных исследований заключается в детальном рассмотрении отдельных явлений и процессов. Вместе с этим на современном этапе повышается актуальность системных подходов, обуславливающих рассмотрение объекта в условиях максимально приближенных к среде функционирования. Отсюда актуальны задачи анализа современного состояния научных исследований в области автотормозной техники и обоснования основных направлений их развития.

Все показатели функционирования: эффективность, надежность, ремонтопригодность, безопасность, затраты, долговечность и многие другие проявляются в конечном итоге в процессе эксплуатации. Поэтому область эксплуатации с одной стороны является объектом для отработки и совершенствования технологии и методов эксплуатации конструкции, а с другой стороны служит своеобразным полигоном для изучения, анализа ее поведения в эксплуатационной среде. При этом предметом для изучения и анализа, применительно к автотормозной технике, являются ее отказы, неисправности, их причины, что относится к области изучения надежности.

Таким образом, с точки зрения обоснования направлений диссертационных исследований и формулировки решаемых задач необходимо выполнить:

1. анализ эксплуатационных проблем тормозных систем грузовых вагонов;

2. анализ современных тенденций развития и совершенствования тормозных систем грузовых вагонов и вопросов их проектирования;

3. анализ основных направлений научных исследований.

1. ОБОСНОВАНИЕ НАПРАВЛЕНИЯ И ЗАДАЧ ДИССЕРТАЦИОННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Основные эксплуатационные проблемы тормозных систем грузовых вагонов и особенности их решения

Основным требованием, предъявляемым к тормозным системам в эксплуатации, является надежное и эффективное обеспечение требуемых функций и показателей. При этом, как в общем случае любая конструкция, так и в частности, тормозные системы и автотормозная техника, испытывая параметрические изменения, процессы изнашивания, старения, разрушения, изменения условий эксплуатации и др. изменяет свои свойства, выходные характеристики и показатели. Отсюда надежное и эффективное обеспечение требуемых характеристик и показателей должно осуществляться в рамках обоснованных допускаемых отклонений. При этом следует учитывать, что характеристики тормозных систем вагонов во многом определяют и характеристики тормозной системы поезда.

Как известно типовая тормозная система грузовых вагонов состоит из пневматической и механической части. Особенность пневматической части заключается в наличии весьма сложных устройств, к которым относятся воздухораспределители и авторежимы. Как правило, пневматическая часть тормозной системы большинства эксплуатирующихся типов грузовых вагонов унифицирована, а имеющиеся отличия относятся или могут относиться к диаметру и количеству тормозных цилиндров, к их конструкции, объему, количеству и компоновки запасных резервуаров. Наиболее разнообразна механическая часть тормоза, на принципиальную схему и компоновку которой существенное влияние оказывают в основном тип вагона, осность и стесненные условия размещения.

Тормозная система вагона, как и поезда в целом, находится под пристальным вниманием различных служб, т.к. является одной из определяющих в вопросах безопасности и управления движением поездов. Так в процессе эксплуатации осуществляются различного рода проверки на функционирование и эффективность работы, осуществляется контроль целостности тормозной магистрали поезда, и проверяются утечки на соответствие нормам. Кроме этого имеют место и ее обслуживание, и ремонт ее агрегатов.

Несмотря на существующие технологии контроля, обслуживания и ремонта задачи надежного и эффективного обеспечения функции тормозной системы в эксплуатации на сегодняшний день остаются весьма актуальными.

Это подтверждается периодическими обследованиями тормозного оборудования. Так, согласно распоряжению МПС РФ №Н-3657 от 24 марта 1993г., было проведено обследование технического состояния тормозного оборудования грузовых вагонов в поездах и контрольных пунктах автотормозов (АКП) на Московской, Свердловской, Южно-Уральской, Западно-Сибирской и Восточно-Сибирской железных дорогах. Обследование проводилось по программе ВНИИЖТ, согласованной ЦВ МПС РФ.

Контролю подверглись 1360 грузовых вагонов в парках прибытия и отправления. При этом отмечалась неудовлетворительная работа устройств отвода колодок от колес. Неудовлетворительная работа выражалась в частых случаях изломов отводящей скобы, наличии большого числа колодок, имеющих сильно выраженный клиновидный износ. Данный факт свидетельствовал о том, что применяемая конструкция отвода колодок от колес не обеспечивает свою работоспособность в разнообразных эксплуатационных режимах, а существующие условия эксплуатации, в некоторых случаях, приводят к полному ее отказу. Вместе с этим также не гарантируется и эффективность работы отводящих устройств. Причины такого функционирования устройств отвода могут носить принципиальный характер, который заложен на стадии проектирования.

Кроме нарушений и отказов в устройствах отвода, также отмечалась тенденция на увеличение доли вагонов с ослабленным креплением запасного резервуара, тормозного цилиндра, двухкамерного резервуара воздухораспределителя, тормозной магистрали и ее тройника. Следствием ослабления крепления является потеря плотности тормозной сети поезда. Кроме этого осмотр технического состояния узла подвешивания триангеля позволил выявить значительные износы шплинтов валика.

В целом на основе обследования технического состояния тормозного оборудования грузовых вагонов в эксплуатации и на ПТО выявлены следующие основные неисправности:

- нарушение крепления пневматического оборудования и утечки сжатого воздуха, превышающие норму; обрыв подводящих трубок;

- необходимость регулировки рычажных передач вагонов без авторегуляторов и неправильная регулировка передач с авторегуляторами;

- неисправность авторежимов;

- большой объем работ по замене тормозных колодок, имеющих клиновидный износ.

В качестве мер по улучшению состояния тормозного оборудования предлагалось усиление контроля качества выполнения ремонта и технического обслуживания. На основе проведенного анализа сотрудниками ВНИИЖТ разработаны «Временные технические указания по комплексному профилактическому ремонту автотормозов грузовых вагонов» №ЦВА-15 от 10 ноября 1993г. Предполагалось, что их выполнение позволит поднять уровень технического состояния тормозного оборудования грузовых вагонов в эксплуатации.

В дальнейшем сотрудниками Уральской государственной академии путей сообщения (УрГАПС), совместно с ВНИИЖТ, по инициативе и непосредственном содействии департамента ЦВ МПС РФ на протяжении зимы 1995-199бг.г. и весной 1996г. проведено обследование 6768 вагонов. В результате были выявлены пятнадцать наиболее часто встречающихся неисправностей. К ним относятся стягивание авторегулятора. Данный вид неисправности свидетельствует о качестве работы регулятора и рычажной передачи, а также мероприятий по обслуживанию. Также имелся клиновидный износ колодок, который свидетельствовал о неудовлетворительной работе отводящих устройств. Следующим видом неисправности, свидетельствующий о качестве обслуживания, являлся предельный износ тормозных колодок. Фактором неудовлетворительной работы рычажной передачи являлся завал вертикальных рычагов. Также завал вертикальных рычагов свидетельствует и о снижении качества обслуживания. Неправильная регулировка авторежима относились к пониженному качеству обслуживания. Утечки из тормозного цилиндра, запасного резервуара, авторежима, подводящих труб двухкамерного резервуара, утечки в тройнике тормозной магистрали, утечки по соединительным рукавам - свидетельствовала о наличии взаимных перемещений в соединениях указанных объектах, что приводит к их нарушению. Неправильная установка грузового режима торможения указывает на недостатки в области обслуживания тормозов грузовых вагонов. Навары, ползуны, выщербины, как правило, могут быть вызваны комплексом причин, к которым следует отнести и имеющие место нарушения в работе автотормоза вагона, неудовлетворительное обслуживание и другие. Выявленные неисправности практически имеют место в результатах других обследований, проводимых в разное время, поэтому их можно отнести к типичным. Следует отметить, что указанные неисправности в большей или меньшей степени оказывают влияние на тормозную эффективность подвижного состава, а значит и на безопасность движения.

По данным результатов обследования сотрудниками УрГАПС дана их количественная оценка. Так количество вагонов имеющих неисправности составляло 60% из всех обследованных, при этом наблюдалась тенденция роста количества вагонов, имеющих несколько неисправностей на вагоне. Также отмечалось, что значительное количество вагонов имели по неисправности тормозной рычажной передачи, при этом их количество достигало 45% от общего количества неисправных вагонов. При этом в группе неисправностей тормозной рычажной передачи наблюдалось значительное количество стянутых регуляторов (23% от общего количества), аналогичный показатель имел такой вид неисправности как завал вертикальных рычагов. Клиновидный износ также имеет высокий показатель - 15%. Однако, самый высокий показатель в группе неисправностей рычажной передачи принадлежит к такому виду как - неотрегулированная рычажная передача (28%).

Исходя из выполненной количественной оценки, анализа и сопоставления с результатами предыдущих обследований авторами сделан вывод о факте увеличения случаев завала вертикальных рычагов, клиновидного и предельного износа тормозных колодок.

Следует отметить, что, являясь типичными, устранение отмеченных неисправностей представляет собой задачу проблемного характера.

Основные выводы по результатам обследования и анализа состояния тормозного оборудования касаются выявления причин неисправностей и разработке мероприятий, целью которых является их снижение. Так отмечалось, что основная масса неисправностей определяются главным образом конструктивными недоработками, а также нарушением технологии ремонта, испытания и обслуживания автотормоза в эксплуатации. При этом отмечалась необходимость повышения уровня технического состояния тормозного оборудования.

Кроме обследования технического состояния тормозного оборудования отдельных грузовых вагонов, также были рассмотрены некоторые отказы относящиеся к тормозной системе поезда. Основное внимание было уделено самопроизвольному срабатыванию тормоза в составе. Как известно данный отказ в эксплуатации приводит к значительной задержке движения поездов. Оценка этого явления осуществлялась по материалам Свердловской, Южно-Уральской, Октябрьской и Московской дорог. При этом указывалось, что более половины случаев связано с разрушением соединительной трубы тормозной магистрали с тройником, неплотностями подводящей трубы, трещинами и обрывами концевого крана. В целом основными причинами самопроизвольного срабатывания явились неисправности ВР, неисправности тройника в соединении с магистральной трубой, неисправности по рукавам, самопроизвольное открытие концевого крана, трещины у концевого крана и его отрыв. Наибольшее количество случаев зафиксировано по причине неисправности ВР 483. В настоящее время данный распределитель заменяется на ВР 483М.

В связи с возрастанием случаев отцепок вагонов во внеплановый ремонт по неисправностям колесных пар в 1997 году по заданию департамента вагонного хозяйства проведено обследование технического состояния вагонов и автотормоза на Восточно-Сибирской, Свердловской, Южно-Уральской и Горьковской дорогах. При этом основной упор сделан на состоянии автотормоза вагонов, отцепленных по неисправности колесных пар. Московским государственным университетом путей сообщения была разработана форма представления отчетной информации, которая предусматривала фиксацию до 49 полей различных данных. При этом регистрируемая информация носила как справочный характер, так и включала данные, характеризующие некоторые виды отказов агрегатов тормозной системы и колесных пар вагона. Применительно к тормозной системе вагона регистрировались следующие данные:

1. Установка режима ВР (порожний, средний, груженый). Совместно с информацией о типе тормозных колодок позволяет судить о качестве обслуживания. Недопустимой является комбинация - композиционные колодки и груженый режим ВР.

2. Установка авторежима. Совместно с данными о режиме ВР и типе колодок также отражает качество обслуживания.

3. Наклон вертикальных рычагов. Отражает состояние тормозной рычажной передачи с точки зрения ее регулировки в эксплуатации.

4. Давление после полного служебного торможения совместно с данными о режиме ВР позволяет дать заключение об удовлетворительном или неудовлетворительном состоянии воздухораспределителя.

5. Значение размеров «а» и «А». Позволяет судить о состоянии авторегулятора рычажной передачи.

6. Значение выхода штока тормозного цилиндра. Является нормируемой величиной, подлежащей контролю.

7. Время отпуска после ПСТ. Позволяет оценить время запаздывания по отпуску или его неодновременность. Разброс по времени отпуска для одинакового выхода штока характеризует показатель стабильности этой характеристики ВР.

8. Давления на соответствующих режимах ВР характеризует соответствие ВР предъявляемым требованиям, а разброс давлений по каждому режиму, также говорит о стабильности этой характеристики ВР.

Следует отметить, что при обследовании регистрировались не все величины, характеризующие неисправности автотормоза в целом.

По разработанной форме первичной отчетности данные с дорог поступали в Московский государственный университет путей сообщения. В дальнейшем они заносились в базу данных, разработанную на АССЕЗБ 2.0, и обрабатывались на основе различных выборок, группировок и сопоставления.

По результатам обследований выявлено 1140 вагонов поступивших во внеплановый ремонт по причине дефектов колесных пар.

Одним из факторов обуславливающих возможную недостаточность обеспечения нажатий или повышающую вероятность юза является факт отсутствия авторежима на вагонах, которые могут эксплуатировать на промежуточных загрузках. Поэтому на первом этапе дана оценка количеству вагонов, не имеющих и имеющих авторежим. Результаты соответствующих выборок с группировкой по типам вагонов представлены в таблице 1.1.

Таблица. 1.1

Выборка по количеству вагонов, имеющих и не имеющих авторежим в тормозной системе. п/п Тип вагона Количество (шт) Без АРЖ Количество с АРЖ Всего

1. Полувагон 187 544 731

2. Цистерна 64 55 119

3. Бункерный 29 71 100

4. Крытый 24 74 98

5. Рефрижераторный 0 1 1

6. Платформа 6 8 14

7. Собственность 15 29 44

8. Вертушка 2 0 2

9. ИТОГО 327 782 1109

Общее количество зафиксированных вагонов составило 1109шт.

Наиболее неблагоприятно отсутствие авторежима может сказаться на всех вагонах. Исключением являются цистерны, которые, как правило, эксплуатируются либо в порожнем, либо в груженом состоянии. Количество «неблагоприятных» вагонов составляет 23,7% от общего выявленного. Данный факт свидетельствует о снижении качества обслуживания и ремонта тормозных систем в эксплуатации.

В эксплуатации использование композиционных колодок на загруженном вагоне требует установки среднего режима воздухораспределителя. Использование порожнего режима приводит к потере нажатий на колодках, а применение груженого режима приводит к опасности возникновения юза. Соответствие установки требуемого режима определяет качество обслуживания. В таблице 1.2 представлена выборка, соответствующая количеству вагонов, воздухораспределитель которых установлен на груженый режим при использовании композиционных колодок. Выборка осуществлялась как для тормозных систем имеющих авторежим, так и не имеющих его с последующей группировкой по типам вагонов. Анализ данных показал, что имеет место некачественное обслуживание в целом в 54 случаях. В процентном отношении к отцепленным вагонам итоговая величина составляет 4,7%, однако, последствия факта установки груженого режима при использовании композиционных колодок весьма негативны. Факты несоответствующей установки режима свидетельствует, как и в предыдущем случае, о низком качестве обслуживания.

Таблица. 1.2

Количество вагонов имеющих груженый режим ВР и композиционные колодки.

Тип вагона Количество (шт) Количество с АРЖ Всего п/п Без АРЖ

1. Полувагон 20 17 37

2. Цистерна 3 2 5

3. Бункерный 3 2 5

4. Крытый 1 1 2

5. Рефрижератор 1 1

6. Собственность 2 2 4

7. ИТОГО 29 25 54

Другой важной характеристикой является давление в тормозном цилиндре после торможения. При этом здесь следует учитывать два показателя. Первый отражает реализацию давления в рамках или вне рамок заданного в нормативах диапазона. Второй показатель - реализуемый разброс давлений для заданного режима воздухораспределителя. В данном случае рассмотрено максимальное давление после полного служебного торможения (ПСТ).

На первом этапе произведена выборка для тормозных систем без авторежима и с зафиксированным порожним режимом воздухораспределителя. Данные сведены в таблицу 1.3 и на их основе построена гистограмма 1.

Таблица 1.3

Результаты обследования по давлениям в ТЦ для порожнего режима в тормозных системах без авторежима.

Давление в тормозном Количество случаев % от выявленного количества п/п цилиндре кгс/см2

1 2 3 4

1 0,9 1 0,98

2 1,0 1 0,98

3 1,1 1 0,98

4 1,2 5 4,902

5 1,3 3 2,94

6 1,4 17 16,7

1 2 3 4

7 1,5 17 16,7

8 1,6 24 23,53

9 1,7 5 4,902

10 1,8 19 18,62

12 1,9 2 1,96

13 2 2 1,96

14 2,1 1 0,98

15 2,4 1 0,98

16 2,8 1 0,98

17 3,4 1 0,98

18 4 1 0,98

19 ИТОГО 102 100,0 количества

I 1 I 1 ■ ■ ■ ■ ■

0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 Дав 1,6 лен 1,7 ле в Т 1,8 Ц(а 1,9 гм) 2 2,1 2,4 2,8 3,4 4

Рис. 1.1 Данные наблюдений по распределению давления в ТЦ на порожнем режиме ВР для ПСТ без авторежима.

Общее количество вагонов, у которых воздухораспределитель установлен на порожний режим и не имеющих авторежима равно 102. При этом основная масса воздухораспределителей имеет разброс давлений в пределах допускаемого диапазона (1,4-1,8 кгс/см2). Так ВР имеющих давление 1,6 кгс/см составляет 23,53% от общего количества в выборке; 1,4

2 2 кгс/см 16,7%; 1,8 кгс/см - 18,62%. Наиболее негативным является факт наличия ВР с давлением в ТЦ как ниже минимально допускаемого, так и выше максимально допускаемого. Общее количество таких случаев порядка 19,6%. При этом большое количество ВР наблюдалось в области заниженных давлений. Следует отметить, что некоторые данные, предосУ тавленные дорогами, вызывают сомнение. Так это реализация давления в ТЦ 4 кгс/см и установка порожнего режима. Выявленные недостатки не позволяют дать однозначный ответ на причины заниженных или завышенных давлений. Однако возможными являются нарушения в работе ВР, неточные первичные данные, неточность в процессе проверки. В таблице 1.4 приведены данные для среднего режима ВР.

Таблица 1.4

Результаты обследования по давлениям в ТЦ для среднего режима в тормозных системах без авторежима.

Давление в тормозном Количество случаев % от выявленного количества п/п цилиндре кгс/см2

1 2 3 4

1 1 1 0,8

2 1,2 4 3,2

3 1,3 2 1,6

4 1,4 2 1,6

5 1,5 3 2,4

6 1,6 3 2,4

7 1,7 5 4

8 1,8 9 7,2

9 1,9 2 1,6

10 2 3 2,4

11 2,1 2 1,6

12 2,2 1 0,8

13 2,4 4 3,2

14 2,6 1 0,8

15 2,7 2 1,6

16 2,8 12 9,6

17 2,9 10 8

18 3 22 17,6

1 2 3 4

19 3,1 11 8,8

20 3,2 12 9,6

21 3,3 4 3,2

22 3,4 5 4

23 3,5 3 2,4

24 3,8 1 0,8

25 4,2 1 0,8

26 ИТОГО 125 100

Общее количество выборки составляет 125 вагонов. от общего количества

18 16 1412 108 6 42 0

1 lull ш .1 LL — 1 1 in 1

1 1,3 1,5 1,7 1,9 2,1 2,4 2,7 2,9 3,1 3,3 3,5 4,2 давление в ТЦ (атм)

Рис. 1.2 Данные наблюдений по распределению давления в ТЦ на среднем режиме ВР для ПСТ.

Согласно техническим требованиям на воздухораспределитель на среднем режиме должны реализовываться давления 2,8-3,3 кгс/см2. Как видим из результатов обследования, присланными дорогами, диапазон действительных давлений в ВР весьма широк и охватывает от давления 1 кгс/см до 4,2 кгс/см . При этом в требуемом диапазоне давлений в ТЦ зафиксировано 56,8% из всех воздухораспределителей. В области завышенных давлений в ТЦ зафиксировано 8%, а в области заниженных давлений - 35,2% воздухораспределителей. Учитывая возможные ошибки при обследовании и подготовки первичной информации на предмет некорректного указания режима ВР все же имеются величины давлений, которые не относятся к порожнему режиму, т.е. лежат в диапазоне от 1,8 до 2,8 кгс/см . Так в области заниженных давлений находились 12,0%. Выводы по представленному анализу в целом совпадают с предыдущими выводами.

Аналогичная таблица (1.5) приведена и для груженого режима.

Таблица 1.5

Результаты обследования по давлениям в ТЦ для груженого режима в тормозных системах без авторежима. п/п Давление в тормозном цилиндре кгс/см2 Количество случаев % от выявленного количества

1 1,6 1 1,78

2 2,6 1 1,78

3 2,9 1 1,78

4 3,1 2 3,57

5 3,2 1 1,78

6 3,6 1 1,78

7 3,9 5 8,93

8 4 4 7,14

9 4,1 2 3,57

10 4,3 38 67,9

11 ИТОГО 56 100,0

Всего выявлено незначительное количество распределителей (56), у которых зафиксировано давление груженого режима. В сравнении с таблицей 1.2 это количество выше. Разница обусловлена разными условиями на выборку. В табл. 1.2 данные выбраны только для композиционных колодок. Однако по некоторым данным информация с дорог не фиксировалась. Однако, как видно из таблицы, имеются приборы, которые реализуют давление, выходящее за рамки предъявляемых требований. Согласно требованиям ВР должен реализовывать на груженом режиме давление в диапазоне 3,8-4,5 кгс/см2.

Таким образом, анализ предоставленных данных показал, что пониженные или повышенные давления в ТЦ при ПСТ не такая уж редкость и составляет 19,78% от общей выборки. При этом пониженное давление, как упоминалось, обуславливает снижение нажатий на колодки, а его завышение - увеличивает вероятность юза колесных пар. Давая оценку представленным результатам необходимо отметить, что результат завышенных или заниженных давлений в ТЦ хоть и говорит о несоответствии нормам, однако количественно оценить степень влияния на показатели тормозной системы поезда в целом в этом случае затруднительно. В этом случае мы имеем некоторую неоднозначность последствий выявленных неисправностей в процессе движения поезда.

В дальнейшем дана оценка выполнения регулировки тормозной рычажной передачи, отражающей качество обслуживания. По данным с дорог из 1140 вагонов 75 вагонов имели неотрегулированную рычажную передачу, а также еще 23 вагона имели угол отклонения вертикальных рычагов более 30°. Таким образом, общее количество нарушений регулировки выявлено у 98 вагонов, что составляет 8,59 % от общего количества отцепленных вагонов. При этом некоторые из них имели заниженное давление в тормозном цилиндре после ПСТ. Следует отметить, что установление факта регулировки требует определенных навыков и опыта, что сказывается на достоверности получаемых результатов. Нарушение регулировки, по сути, не позволяет количественно оценить степень последствий такого нарушения с точки зрения функционирования тормозной системы поезда, ибо для тормозной системы поезда главной нормируемой величиной являются нажатия или коэффициент расчетных нажатий. Поэтому нарушение регулировки необходимо связывать с нажатиями, реализуемыми в автотормозе вагона. Однако, решение данной задачи на сегодняшний день представляет определенные трудности и требует использования научных подходов в области разработки соответствующих методик.

Наиболее доступной при фиксировании является величина выхода штока, которая отражает состояние тормозной рычажной передачи.

В таблице 1.6 приведена выборка из данных о состоянии выхода штока более 100мм.

Таблица 1.6

Результаты обследования по величине выхода штока ТЦ.

N п/п Величина выхода штока Количество случаев % от числа в диапазоне

1 2 3 4

1 104 1 0,397

2 105 24 9,5

3 107 1 0,397

4 108 1 0,397

5 110 54 21,4

6 115 9 3,57

7 120 57 22,6

1 2 3 4

8 123 2 0,794

9 125 9 3,57

10 130 29 11,5

И 134 1 0,397

12 135 7 2,77

13 136 2 0,794

14 137 1 0,397

15 139 1 0,397

16 140 20 7,936

17 142 1 0,397

18 145 2 0,794

19 150 13 5,16

20 160 3 1,2

21 170 4 1,587

22 175 1 0,397

23 180 4 1,587

24 185 1 0,397

25 190 3 1,2

26 200 1 0,397

27 ИТОГО 252 99,932

На рисунке 1.3 Отражены гистограммы, построенные по результатам таблицы 1.6. Согласно нормативам допускаемый выход штока в эксплуатации для композиционных колодок при выходе вагона из ремонта установлен в пределах 50-100мм, а максимальный в эксплуатации нормируется значением 130мм. Исходя из таблицы, 252 вагона имели выход штока, превышающий 100мм, что равно 22% от всего количества обследованных вагонов. Количество вагонов, имеющих выход штока, превышающий 130мм, равно 56, что из числа вагонов имеющих завышенный выход штока, составляет 25,8%. Значения выхода штока также следует увязывать с реализуемыми нажатиями. Такая увязка необходима с точки зрения указания последствий отклонения данной величины на эффективность тормоза при торможении.

25 20 от выявленных

15 10 5 0

З-г^оою^-соетсчоооо

ООт-СЧСЧООРО^Ю^-СОО) т— т— т-т-т— т-т-т— т— т— твеличина выхода штока (мм) л 1 . 1 . 1 1 1. 1- 1 1- 1

Рис. 1.3 Распределение величины выхода штока по результатам наблюдений.

Весьма интересной величиной является время отпуска тормозного цилиндра после ПСТ. Повышение времени отпуска ведет к существенному затягиванию процесса отвода колодок от колес, что в эксплуатации влияет на неравномерность усилий вдоль оси поезда. Неравномерность усилий является одной из причин обрыва автосцепок при наборе тяги после торможения. При этом увеличение времени отпуска определяет динамические свойства системы. Однако последствия этого нарушения трактуются не однозначно. В этом случае не при всяком отклонении времени отпуска от нормы имеет место нарушение безопасности движения поездов, превышение продольных сил состава выше критических и т.д.

Согласно нормативам время отпуска ВР должно составлять не более 90с для равнинного режима. В таблице 1.6 сведены результаты времени отпуска, полученные вследствие выборки по условию превышения 90с с дальнейшей группировкой по одинаковым результатам с подсчетом суммы одинаковых случаев.

Таблица 1.6

Результаты обследований по времени отпуска тормозного цилиндра.

N Время отпуска тормозного Количество случаев % от числа в диапазоне п/п цилиндра (с)

1 2 3 4

1 92 1 0,57

2 93 1 0,57

3 95 4 2,31

1 2 3 4

4 96 1 0,57

5 98 1 0,57

6 100 8 4,54

7 105 3 1,73

8 107 1 0,57

9 110 2 1,15

10 115 1 0,57

11 118 1 0,57

12 120 89 51,45

13 126 2 1,15

14 145 1 0,57

15 175 1 0,57

16 180 20 11,56

17 210 4 2,31

18 220 1 0,57

19 238 1 0,57

20 240 10 5,8

21 270 7 4,04

22 300 13 7,51

23 ИТОГО 173 99,82

Как видно из таблицы 173 случая имели место в связи превышением времени отпуска тормозного цилиндра. Согласно нормативам, если установлен горный режим, то время отпуска не должно превышать 120с. Даже с учетом указанного факта количество случаев превышающих данный норматив составляет 59, что равно 34,1% от общего количества выборки. Факт превышения времени отпуска отражает в основном снижение качества обслуживания и ремонта воздухораспределителя.

Кроме рассмотренных выборок также имелись случаи установки затяжки горизонтальных рычагов на чугунные колодки при использовании композиционных, отражающих нарушение качества обслуживания. Хотя количество таких случаев и невелико. Таким образом, проведение обследования показало, что имеет место: нарушение качества обслуживания автотормозов грузовых вагонов. Это выражается в установке груженого режима при использовании композиционных колодок при не установленном авторежиме, в установке затяжки горизонтальных рычагов на чугунные колодки при использовании на вагоне композиционных;

- значительный разброс давлений в тормозном цилиндре при отсутствии авторежима, что может быть вызвано причинами и конструктивного, эксплуатационного характера и снижением качества ремонта. Также немаловажным фактором является качество предоставляемой информации; наличие выхода штока существенно превышающего существующие нормативы. Данный факт может быть обусловлен различными причинами. Это и за счет снижения качества обслуживания, и за счет конструктивных недоработок;

- наличие затяжного отпуска воздухораспределителем.

На основе анализа результатов обследований показано, что:

1. В эксплуатации имеют место неисправности и отказы тормозного оборудования грузовых вагонов, наблюдаемых как в области пневматической части, так и области механической части автотормоза;

2. С точки зрения объекта следует особо отметить существующие проблемы в области функционирования механической части тормозных систем грузовых вагонов;

3. Наблюдаемые нарушения технического состояния и отказы тормозного оборудования в эксплуатации характеризуют актуальность вопросов повышения качества его функционирования.

4. Влияние на качество функционирования различных факторов обуславливает актуальность комплексных подходов при решении указанных задач, охватывающих сферу проектирования, конструирования, обслуживания, ремонта и эксплуатации.

5. Реализация комплексных подходов требует проведения определенных исследований и анализа причинно-следственных связей, обуславливающих выявление неблагоприятных факторов, ухудшающих техническое состояние конструкции, с целью дальнейшего их устранения. Наиболее актуально решение данных задач на стадии проектирования. Подтверждение последнего вывода можно найти на примере эксплуатации рычажных передач восьмиосных вагонов. Так испытания первых рычажных передач восьмиосных полувагонов позволили выявить существенные недостатки указанных конструкций. На основе проведенного комплекса исследований получено, что одной из причин выявленных недостатков является используемый принцип передачи усилий на двухосные тележки. Так в рычажных передачах использовался принцип последовательной передачи усилий на тележки. Следует отметить, что существующие недостатки выявлены на этапе испытаний, а не на этапе проектирования и конструирования. Данный факт указывает на недостаточное качество предлагаемых в то время проектов.

В дальнейшем применено наиболее перспективное решение о параллельном подключении рычажных передач двухосных тележек, сконструировав и внедрив такую тормозную систему в эксплуатации, тем не менее, функционирование данного тормоза оставалось неудовлетворительным. Как показали дальнейшие испытания, недостатками рычажной передачи являлись:

- сниженный коэффициент полезного действия;

- самопроизвольное прижатие колодок в отпущенном состоянии тормоза; завалы больших обводных рычагов;

- клиновидный износ колодок;

- и др.

Самопроизвольное прижатие колодок в отпущенном состоянии приводило не только к их повышенному расходу, но и существенно увеличивало сопротивление движению поезда. Поэтому в дальнейшем изучены особенности самопроизвольного прижатия колодок. В результате получено, что причиной самопроизвольного прижатия колодок является значительная масса элементов рычажной передачи, инициирующая в данной конкретной схеме перемещение колодок в сторону колеса. Одним из предложений по устранению самопроизвольного прижатия было компенсирование сил тяжести за счет использования упругой подвески, предназначавшейся для поддержания тяги отвода от колес. Однако, как показала практика, такое нововведение не достигло желаемых результатов, хотя некоторый эффект по снижению сопротивления движению поезда был достигнут. При этом выявлено, что влияние упругой подвески ограничивалось лишь ближайшей осью. Вместе с этим, как выяснилось в процессе эксплуатации, эффект снижался вследствие разрегулировки рычажной передачи, износа тормозных колодок и завала балансира при торможении. Введение упругой подвески к тому же инициировало изгиб длинной обходной тяги, который возникал в процессе эксплуатации. На основе проведенных исследований получено заключение, что существующая конструкция РП типового тормоза с вертикальными рычагами-балансирами и упругими подвесками не всегда обеспечивает гарантированный отвод колодок от колес при отпуске тормоза. Таким образом, реализация указанного принципа не достигла своих результатов, внеся дополнительные неблагоприятные факторы. Вместе с этим напрашивается вывод о недостаточности отработки предлагаемых решений на этапе проектирования. Недостаточность отработки связана с особенностями применяемых на практике методов и методик.

Другим недостатком конструкции рычажной передачи восьмиосных вагонов является завал больших обводных рычагов. В результате завалов больших обходных рычагов на соединительную балку, происходит полное выключение наружных двухосных тележек, что значительно снижает тормозную силу поезда при торможении. Следует отметить, что указанные недостатки обуславливают отказы как результат совокупности предпосылок и причин, к числу которых необходимо отнести и фактор обслуживания. Такие особенности приводят к некоторым затруднениям их выявления в процессе осмотров в эксплуатации. Таким образом, в существующей практике проектирования и конструирования не удается выявить все возможные причины отказов, которые проявляются затем в эксплуатации и при испытаниях.

Отметим, что ошибки проектирования первых 8-осных вагонов были повторены и на вагонах-думпкарах, выпускаемых Калининградским вагоностроительным заводом.

Проявление неудовлетворительного технического состояния тормозных систем восьмиосных вагонов послужило основой для дальнейших научных исследований. В результате прорабатывались различные принципиальные схемы и проводились их испытания. Новизной указанных проработок явился переход на многоцилиндровые тормозные системы. Существенным ограничением перехода на многоцилиндровые схемы, как показали исследования, явилось использование тормозных цилиндров существующего типа размера для грузовых вагонов. При этом увеличение выхода штока тормозного цилиндра приводило к значительному повышению времени наполнения, что накладывает более жесткие ограничения выхода штока в эксплуатации в сравнении с существующими требованиями. Увеличение времени наполнения приводит к ухудшению динамических свойств автотормоза, негативно сказывающееся на тормозных процессах поезда в целом. Выявить указанный факт для отдельного вагона затруднительно. Поэтому указанный недостаток носит несколько скрытый характер [68]. Также следует отметить, что существующие воздухораспределители, исходя из полученных результатов, имеют ограничения на реализуемый выходной объем тормозных цилиндров по времени наполнения.

Переход на двухцилиндровые системы привел к нескольким вариантам принципиальной схемы тормозной рычажной передачи. В качестве одного из них предлагалось размещение рычажной передачи в узле на консольной части вагона. Однако, несмотря на существенные преимущества такого подхода, на конструктивные и научные проработки, дальнейшие эксплуатационные испытания выявили ряд серьезных недостатков такого принципиального решения. В определенных условиях наблюдалось касание вертикального рычага или трехзвен-ной тягой оси крайней колесной пары. Указанный недостаток носил явно вероятностный характер, что затрудняет его обнаружение в процессе испытаний и эксплуатации. На стадии же проектирования необходимо использовать системный подход на основе формулирования всех неблагоприятных состояний с дальнейшей оценкой функционирования рычажных передач на предмет соответствия предъявляемым требованиям. Однако и на сегодняшний день отсутствует методологическая основа для решения задачи в такой постановке. Другим недостатком являлось кратковременное дополнительное сопротивление из-за прижатия колодок в отпущенном состоянии тормоза при прохождении кривых малого радиуса. Выявить данный факт на уровне конструктивной проработки и в эксплуатации также было затруднительно в связи вероятностным характером его проявления.

В дальнейшем предложена другая принципиальная схема, отличительной особенностью которой являлось закрепление тылового рычага на соединительной балке тележки с помощью вертикально установленного на наружной поверхности балки по продольной оси ее симметрии у подпятника специального кронштейна [145]. В процессе опытной эксплуатации нескольких вагонов с тормозной системой, сконструированной на основе имеющихся научных наработок ПО "Азовмаш", выявился контакт вертикальных рычагов с осью колёсной пары вследствие их завала. Данный факт явно указал на недостаточность конструктивных проработок и потребовал произвести выбор размеров рьиагов, параметров кронштейна их крепления и других параметров механической части тормоза, на основе математического моделирования и многовариантных расчетов [121]. Как видим, устранение этого недостатка стала возможной на основе разработки методик, базирующихся на фундаментальных походах теории механизмов и машин и проведения серьезных научных исследований.

Таким образом, опыт совершенствования автотормоза большегрузных вагонов позволил выявить ряд проблем. Многие выявленные недостатки автотормоза носили явно вероятностный характер, который скрывает их проявление в эксплуатации. Причины отказов, являясь результатом различных факторов, тем не менее, включают в себя факторы обслуживания и недостатки конструирования. При этом определенной трудностью является формулирование всех неблагоприятных факторов и их сочетаний. Данный факт обуславливает необходимость разработки и проведения системного анализа предлагаемой конструкции. Отсутствие сформулированных неблагоприятных условий в свою очередь затрудняет выявление недостатков конструкции на этапе испытаний, что снижает качество и существенно увеличивает время разработки конструкции.

Приводя отдельные примеры, касающиеся тормозных систем большегрузных вагонов, аналогичные примеры можно привести и для автотормоза вагонов бункерного типа. Тормозные системы этих вагонов наиболее разнообразны. Проводившиеся МИИТом и ВНИИЖТом обследования тормозного оборудования в рамках научно-исследовательской работы позволил выявить существенные недостатки. У цементовозов с несимметричной рычажной передачей во многих случаях выход штока превышал максимально допустимое значение, имели место разрывы колец отводящих устройств. У окатышевозов имеет место износы и изгиб поддерживающей скобы вследствие взаимодействия с элементами ТРП. У полувагонов для перевозки горячего агломерата имели место случаи потери тормозной эффективности. При утоныпении тормозных колодок выявляется чрезмерный завал рычагов передаточных узлов. В результате завалов рычагов имело место снижение действительных нажатий на колодки. Наиболее негативным фактором является наличие случаев самовыключения тормоза обеих тележек. У вагонов-хопперов для перевозки минеральных удобрений с увеличением выхода штока тормозного цилиндра свыше предельно допустимой величины имело место взаимодействие торца промежуточного рьгчага с хребтовой балкой. Недопустимый завал вертикальных рычагов, приводящий к контакту с осью колесной пары или чрезмерному сближению с надрессорной балкой, имел место у вагонов цементовозов и крытых вагонов-хопперов для перевозки зерна. Кроме этого у подавляющего числа осмотренных вагонов присутствовал клиновидный износ колодок. Более подробные исследования структуры тормозной рычажной передачи вагона-окатышевоза показали наличие лишней степени свободы, которая негативно проявляется во взаимодействии звеньев головной ТРП с элементами конструкции вагона. Указанный факт указывает на определенные недостатки в области проектирования и конструирования тормозных систем, использующихся на этих этапах методах и методик расчета.

Анализ материала в области комплексных научных исследований по совершенствованию тормозных систем показал, что:

1. Разработка тормозной системы грузового вагона на сегодняшний день представляет длительный поэтапный процесс.

2. Качество предоставляемых проектов определяет комплекс факторов и требований, обуславливающих техническое состояние конструкции в эксплуатации.

3. Недостатки конструктивных проработок, например, в области рычажных передач, обуславливают определенные нарушения их технического состояния в эксплуатации.

4. Повышение качества проектов тормозных систем грузовых вагонов основано на методах комплексного анализа и оценки функционирования конструкции в существующих и перспективных условиях эксплуатации.

Рассматривая вопросы эксплуатации необходимо отметить прорабатываемые в настоящее время вопросы перехода на ремонт вагона по пробегу. Данный переход обуславливает качественно новый подход в области ремонта, который обуславливает необходимость повышения качества практически всех областей деятельности включая область проектирования и конструирования, обслуживания и ремонта. В этом плане важен системный подход в области конструирования, позволяющий охватить наибольшую область эксплуатационных условий с целью оценки поведения конструкции и ее функционирования с точки зрения принятых требований. При этом наиболее главными показателями являются показатели надежности конструкции. В области эксплуатации важен вопрос использования современных систем диагностирования конструкции при выходе из ремонта с целью гарантирования качества ремонта. Способствует успешному решению указанной задачи, широко развиваемые в настоящее время информационные технологии. В области железнодорожного транспорта это пономер-ной учет вагонов. Использование современных информационных технологий предполагает актуальность задач методического и методологического характера в области обоснований показателей, являющихся основой для оценки конструкции, численной оценки этих показателей, выработку решений по получаемой конкретной оценке. Представленный материал указывает на необходимость анализа работ в этой области.

Анализ основных эксплуатационных проблем тормозных систем грузовых вагонов и особенностей их решения показал, что:

1. Наблюдаемые нарушения технического состояния и отказы тормозного оборудования в эксплуатации обуславливают актуальность вопросов повышения качества его функционирования.

2. Влияние различных факторов на качество функционирования требует комплексных и системных подходов при решении указанных задач, охватывающих сферу проектирования, конструирования, обслуживания, ремонта и эксплуатации.

3. Комплексный подход связан с проведением определенных исследований и анализом причинно-следственных связей, обуславливающих выявление неблагоприятных факторов, ухудшающих техническое состояние конструкции, с целью дальнейшего их устранения.

4. Наиболее актуальны задачи комплексного подхода на стадии проектирования конструкции.

Выводы по главе 5

На основе выполненных исследований, наиболее существенными, отражающие научную новизну и практическую ценность, являются следующие выводы.

1. Показано, что наиболее существенным неблагоприятным событием при эксплуатации на повышенных скоростях (до 120 км/ч) является юз колесной пары, а предельно максимальный тормозной путь по данному условию не превышает 1300м.

2. На основе теоретических исследований установлено, что значения скорости и осевой нагрузки определяют приоритетность факторов тепловых процессов вместе контакта колодки и колеса или юза колесной пары, обуславливающих выбор параметров автотормоза грузового вагона.

3. Показано, что мощность, выделяемая на колодке при торможении, является менее ограничивающим фактором, чем ограничение по максимальной температуре нагрева в месте контакта колодки с колесом. Данный факт требует учета в существующих нормативах.

4. Получено, что для скорости 140 км/ч минимальные тормозные пути, определяемые условием безъюзового торможения, превышают существующие нормативы для грузовых поездов и имеют место предельные осевые нагрузки, превышение которых нарушают соответствующие нормы для пассажирских поездов.

5. Показано, что для существующих конструкций тормозных систем колодочного типа и четырехосных грузовых вагонов, обращающихся в составах 200-300 осей, имеют место серьезные ограничения условий эксплуатации на скоростях свыше 140 км/ч.

6. Обоснованы требования к предельным коэффициентам расчетных нажатий для повышенных скоростей движения, невыполнение которых обуславливает нарушение показателей качества функционирования для тормозной системы вагона.

7. Показано, что обоснование и нормирование предельных тормозных путей и коэффициентов расчетных нажатий с целью обоснования параметров тормозной системы вагона для перспективных условий является необходимым, но не достаточным.

8. На основе проведенных теоретических исследований показано, что в допускаемые эксплуатации отклонения параметров тормозной системы грузового вагона при отсутствии

289 авторежима не гарантируют обеспечение требуемых коэффициентов расчетных нажатий и тормозных путей на промежуточных загрузках.

9. Обосновано существование предельных осевых нагрузок, превышение которых для рассмотренных условий приводит к неблагоприятному событию в виде потери достаточной эффективности при торможении. Данный факт позволяет дополнить построенное дерево событий.

10. Показано, что для вагонов, эксплуатирующихся с промежуточной загрузкой, отказ авторежима, в форме потери функции управления регулированием давления в тормозном цилиндре, является достаточным для проявления неблагоприятного события в виде юза колесных пар или недостаточной эффективности системы при торможении.

11. Показано, что для перспективных условий эксплуатации наиболее благоприятным является использование среднего и груженого режима. Существенными ограничениями обладает порожний режим воздухораспределителя.

12. Обоснованы максимальные скорости для эксплуатации существующих тормозных систем.

13. Показано, что при выборе параметров устройств отвода поводкового типа на основе синтеза механизма и метода последовательного приближения функции значительно сократить процесс аппроксимации удается за счет выбора начальных условий в виде пересечения аппроксимирующей и заданной функции в двух крайних точках.

14. Разработана конструкция устройств отвода поводкового типа с учетом существующих допусков на перемещения элементов конструкции двухосных тележек в эксплуатации.

15. Разработана конструкция отводящих устройств поводкового типа показавшие хорошие результаты в условиях стационарных и поездных испытаний.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе диссертационных исследований получены следующие важные результаты. Актуальность выбранного направления исследований подтверждается:

1. Необходимостью повышения качества функционирования тормозного оборудования, обуславливающего повышением качества в различных сферах - проектирования, конструирования, обслуживания, ремонта и эксплуатации, - основанного на использовании функционалов качества тормозной техники, позволяющего оценить с единых методологических позиций любой процесс в указанных сферах.

2. Актуальностью задач проблемного характера, решение которых основано на всестороннем системном анализе особенностей функционирования существующих тормозных систем, обоснования технических требований и определения принципиальных положений относительно будущего автотормоза грузового вагона, совершенствования методов и методик, позволяющих оценить качество функционирования конструкции в широком спектре эксплуатационных условий.

3. Квалифицированием исследования как системное - в случае практической реализации указанных выше требований.

4. Отсутствием работ, связанных с разработкой основ теории системного анализа в области тормозных систем подвижного состава и автотормозной техники.

Актуальность указанных задач, требуемые подходы для их решения и отсутствие методологических основ способствовали формулировке диссертационных исследований направленных на разработку метода системного анализа автотормоза грузового подвижного состава.

Решение поставленной задачи базировалось на использовании теории надежности технических систем, как единственного способа анализа разнородных процессов, протекающих в системе, с единых методологических позиций и методе дерева событий - позволяющего с помощью одного формально - математического языка рассматривать существование объекта на этапе проектирования, конструирования, в сфере обслуживания ремонта и эксплуатации.

На этапе разработки дерева неблагоприятных событий, представляющего собой качественный анализ функционирования автотормоза грузового подвижного состава, получены результаты характеризующие научную новизну диссертационных исследований. К таковым результатам относятся:

1. На основе факторов эффективности управления, безаварийности в эксплуатации, обеспечения требуемой работоспособности связанных элементов и сохранности груза расширено понятие целей и задач тормозной системы поезда, характеризующих показатели качества ее функционирования.

2. Обосновано понятие и получена математическая зависимость эффективности тормозной системы поезда при торможении как отношение величины изменения механической энергии на участке торможения к сумме приведенных и текущих затрат на том же участке, позволяющая производить количественную оценку эффективности как различных тормозных систем, так и одной системы в различные моменты времени.

3. На основе предложенного понятия рабочего цикла тормозной системы поезда обоснованы ее границы из условий достаточной эффективности управления, безаварийности в эксплуатации, обеспечения требуемой работоспособности взаимосвязанных элементов и сохранности груза.

4. Показано, что формализация, структуризация и систематизация неблагоприятных событий, отражающих не обеспечение потребной эффективности при торможении, возможна на основе рассмотрения тормозной системы поезда, состоящей из подсистем обеспечения нажатий, использования потенциала усилий и использования полезного тормозного нажатия.

5. Для каждой из подсистем найдены условия наступления неблагоприятных событий, позволяющие рассматривать вопросы нормирования факторов и происходящих в них процессов.

6. Показано, что на основе бинарности состояний подсистем, одним из критериев отказа тормозной системы поезда является предельно - допускаемое по отказу количество тормозных систем вагонов, позволяющего оценить отказ системы на основе отказа ее элементов.

7. Предложена классификация тормозной системы поезда как объекта теории надежности, имеющего три состояния, что характеризует фундаментальность исследований в этой области.

8. Показано, что последовательный учет отказов в соответствии с иерархией связей узлов и агрегатов снижает погрешность при определении вероятности отказа системы в целом

9. Найдена обобщенная зависимость, отражающая нижнюю оценку вероятности безотказной работы системы в виде предельно - допускаемого по отказу количества тормозных систем вагонов в зависимости от расположения рассматриваемого события в дереве отказов.

10. На основе метода дедукции, анализа конструкции и функционирования разработана стохастическая модель воздухораспределителя усл. №483, позволяющая количественно оценивать показатели качества его функционирования.

11. Показано, что разработка функционала качества, характеризующего снижение эффективности по обеспеченности нажатий тормозных систем вагонов возможно при рассмотрении тормозной системы поезда как двухуровневой, на первом уровне - параллельно объединяющую основные подсистемы автотормоза поезда и на втором уровне - последовательно объединяющую в рамках каждой из подсистем аналогичные подсистемы автотормоза вагонов.

12. Найдены соотношения между показателями эффективности каждой из выделенных подсистем и потребной эффективностью тормозной системы поезда в целом, позволяющие нормировать показатели качества функционирования рассматриваемой подсистемы

13. Доказана необходимость оценки динамических свойств тормозной системы поезда не только по условию времени замедления процессов торможения, но и по условию использования тормозного коэффициента на требуемый момент времени.

14. Обоснованы показатели качества тормозной системы вагона и найдена связь с аналогичными показателями тормозной системы поезда, позволяющие нормировать предъявляемые к тормозной системе требования в рамках ее динамических свойств.

15. Разработано дерево неблагоприятных событий, обуславливающих явление юза в тормозной системе поезда, представляющее собой стохастическую модель данного явления.

16. На основе метода дедукции, анализа функционирования, формализации, структуризации и систематизации разработано дерево неблагоприятных событий тормозной системы поезда, увязывающее с единых методологических позиций различные факторы и показатели автотормоза в единую систему.

Выполненный анализ завершающих событий показал, что имеют место события, для которых актуальны вопросы разработки методики количественной оценки их наступления и имеют место незавершенные события, которые подвергаются дополнительным исследованиям с целью формализации условий и причин к ним приводящих.

На основе решения задачи разработки методики количественной оценки дерева неблагоприятных событий получены результаты, характеризующие научную новизну, заключающуюся:

1. На основе метода путей и сечений показана возможность приведения древовидной структуры завершающих событий, характеризующего юз колесной пары в поезде и отражающего необратимое снижение эффективности тормозной системы поезда по обеспечению нажатий ниже критического уровня, к известной в теории надежности систем - последовательно-параллельной структуре, позволяющей воспользоваться имеющимися наработками в области количественной оценки вероятности отказа данных систем

2. На основе приведения дерева неблагоприятных событий его к последовательно - параллельной структуре обоснована вероятностная модель юза колесной пары в поезде и необратимого снижения эффективности тормозной системы поезда по обеспечению нажатий ниже критического уровня на перекрыше, позволяющая давать оценку и нормировать влияние разнородных факторов на исследуемое явление.

3. Доказано, что дерево неблагоприятных событий, отражающее несрабатывание воздухораспределителя автотормоза вагонов на торможение, приводится к системе со сложно -переменной структурой.

4. Для рассматриваемых случаев сочетаний структур получены соответствующие вероятностные модели наступления завершающего неблагоприятного события.

5. Доказано, что в общем виде система со сложно - переменной структурой приводится на уровне агрегатов к системе "к из п" и к параллельной структуре на уровне тормозной системы поезда с переменным количеством значимых агрегатов.

Степень достоверности результатов проведенных исследований подтверждается:

1. Применением апробированных методов анализа сложных систем - метода дедукции, метода дерева событий, метода путей и сечений.

2. Выполнением формализованных требований определяющих правильность построения дерева событий.

3. Данными ГВЦ МПС об отказах автотормозов в реальных условиях эксплуатации.

4. Выполнением сравнительных расчетов, показавших непротиворечивость полученных результатов имеющемуся опыту эксплуатации.

В дальнейшем выполнены исследования относительно незавершенных событий в области разработки концептуальных подходов оценки показателей качества автотормоза грузовых вагонов на стадии проектирования. В ходе исследований получены результаты отражающие научную новизну, к которым относятся следующие.

1. Обоснована методика определения предельных тормозных путей, коэффициентов расчетных нажатий и коэффициентов передачи усилий на основе метода блокирующих контуров.

2. Обоснована структура тормозной рычажной передачи как плоского механизма с учетом взаимных перемещений элементов конструкции вагона, позволяющая проводить оценку влияния указанных перемещений на качественные показатели функционирования тормоза.

5. Выполнен структурный анализ рычажной передачи двухосной тележки с учетом эксплуатирующихся устройств отвода, позволивший обосновать требования к устройствам данного типа.

6. На основе замены кинематических пар с зазорами парами соответствующего класса обоснована структурная схема пространственного механизма типовой рычажной передачи четырехосного вагона из условий обеспечения минимального влияния дополнительных подвижностей триангеля на ориентацию звеньев присоединяемых групп, обеспечения сборки механизма без упругих деформаций и исключения местных подвижностей.

7. Учтено влияние взаимных перемещений элементов тележки и вагона на взаимное расположение элементов рычажной передачи, включающее прогиб рессорного комплекта и поворот тележек в кривых, позволяющее производить оценку влияния указанных факторов на качественные характеристики рычажной передачи.

Решение задачи улучшения качественных характеристик автотормоза грузового вагона выполнялось в направлении выработки требований к тормозным системам вагонов нового поколения и разработки конструкции новых устройств отвода. При этом получены следующие выводы научного характера.

1. На основе теоретических исследований установлено, что значения скорости и осевой нагрузки определяют приоритетность факторов тепловых процессов вместе контакта колодки и колеса или юза колесной пары, обуславливающих выбор параметров автотормоза грузового вагона нового поколения.

2. Показано, что при выборе параметров устройств отвода поводкового типа на основе синтеза механизма и метода последовательного приближения функции значительно сократить процесс аппроксимации удается за счет выбора начальных условий в виде пересечения аппроксимирующей и заданной функции в двух крайних точках.

Степень достоверности результатов проведенных исследований подтверждается:

1. Выполнением сравнительных расчетов с использованием применяемых на практике программных средств.

2. Натурными и поездными испытаниями предлагаемой конструкции устройств отвода поводкового типа.

В целом в ходе диссертационных исследований получены следующие результаты, определяющие их практическую ценность.

1. Оценка влияния и нормирование разнородных факторов, определяющих показатели качества функционирования тормозной системы поезда, достигается в результате разработанных в диссертации различных вероятностных моделей происходящих явлений, являющихся неотъемлемой часть разработанного метода системного анализа автотормоза грузового подвижного состава.

2. Показана целесообразность повышения надежности воздухораспределителя путем конструкционного разделения каналов зарядки и торможения.

3. На основе теоретических исследований сделан вывод об актуальность вопросов, связанных с устранением нарушений поверхности катания колес.

4. Выполненный структурный анализ рычажной передачи с отводящими устройствами позволил выявить такие неблагоприятные для эксплуатации факторы, как:

- нерациональная структура механизма;

- наличие противоречащих требований к механизму.

5. Разработаны требования к структуре механизма, предполагающие использование устройств отвода поводкового типа и закрепление мертвой точки в узле подвески триангеля на необрессоренной массе, способствующие повышению качества функционирования тормозной рычажной передачи тележки в целом.

6. Выявлены противоречия присущие пространственному механизму рычажной передачи, обуславливающие, с одной стороны, необходимость увеличения зазоров в кинематических парах из условия обеспечения его работоспособности, а с другой стороны, - их уменьшения из условий обеспечения требуемого в эксплуатации выхода штока и его автоматического регулирования.

7. Разработана структурная схема пространственного механизма рычажной передачи являющаяся основой для оценки его показателей качества кинематических характеристик в широком спектре эксплуатационных условий.

8. Выработаны рекомендации определяющие предельные максимальные тормозные пути и коэффициенты расчетных нажатий допускаемые для вагонов нового поколения со скоростями движения 120,140 и 160 км/ч.

9. Обоснованы осевые нагрузки, определяющие факторы выбора параметров тормозных систем по условию юза или тепловому нагреву системы колодка - колесо при торможении.

10. Показано, что для вагонов, эксплуатирующихся с промежуточной загрузкой и повышенной скоростью движения, отказ авторежима, в форме потери функции управления регулированием давления в тормозном цилиндре, является определяющим фактором для проявления неблагоприятного события в виде юза колесных пар или недостаточной эффективности системы при торможении.

296

11. Показано, что для перспективных условий эксплуатации наиболее благоприятным является использование среднего и груженого режима. Существенными ограничениями обладает порожний режим воздухораспределителя.

12. Разработана конструкция устройств отвода поводкового типа с учетом существующих допусков на перемещения элементов конструкции двухосных тележек в эксплуатации. Таким образом, на основании выполненных исследований разработаны теоретические положения, совокупность которых научно обосновывает технологические решения в области методов системного анализа автотормоза подвижного состава и моделирования рычажных передач, а также технические решения, направленные на повышение показателей качества функционирования тормозной системы грузовых вагонов.

1. Аввакумов A.C. Совершенствование механической части тормоза специализированных вагонов-хопперов бункерного типа: автореферат дисс.канд.тех.наук-05.22.07./МИИТ, -M., 1995.-15С.

2. Алехин C.B., Продан P.C. Надежность механической части подвижного состава. М., транспорт. 1969. - 175с.

3. Андреев С.Е., Виноградов В.М., Ясенцев В.Ф. Устройство для отвода тормозных колодок от колес тележек грузовых вагонов. В. кн.: Исследование автотормозов железнодорожного подвижного состава. - М., Транспорт. 1974. - с.96-102.

4. Антонюк Е.Я. Динамика механизмов переменной структуры. Киев., Наук, думка, 1988. -184с.

5. Анцелович Л.Л. Надежность, безопасность и живучесть самолета. М., Машиностроение, 1985. - 296с.

6. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. М., Наука, 1988.- 640с.

7. Арутюнов С.С. О структуре и классификации кинематических пар и заменяющих их цепей.// Труды ГПИ. №9. 1961.

8. Бесценная О.В., Казаринов A.B. Тормоза для высокоскоростного подвижного состава. -В. кн.: Современные направления и перспективы развития автотормозной техники железных дорог СССР.// Сб. научн. тр./ВНИИЖТ. М., Транспорт. 1991. - с.34-41.

9. Болотин В.В. Прогнозирование ресурса машин и конструкций. М., Машиностроение. 1984.-312с.

10. Болотина А.Б. Исследование параметров и совершенствование конструкций механической части тормозных систем грузовых вагонов с учетом перспективных условий эксплуатации: автореферат дисс. канд.тех.наук 05.22.07/МИИТ.1999. - 22с.

11. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А., Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. М., Наука, 1986. - 544с.

12. Войнов К.Н. Надежность вагонов. М., Транспорт, 1989г., -110с.

13. Войнов К.Н. Прогнозирование надежности механических систем. Л., Машиностроение. 1978. - 208с.15