автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.02, диссертация на тему:Совершенствование системы стендовых испытаний путевого инструмента с объемным гидроприводом

003489220 На правах рукописи

Трошко Илья Васильевич ^

у

, у- ......

' .........

-у

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ СТЕНДОВЫХ ИСПЫТАНИЙ ПУТЕВОГО ИНСТРУМЕНТА С ОБЪЕМНЫМ ГИДРОПРИВОДОМ

Специальность 05.02.02. - Машиноведение, системы приводов и детали машин

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 7 ДЕК 2009

Москва -2009

003489220

Работа выполнена на кафедре «Путевые строительные машины и робото-технические комплексы» государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный университет путей сообщения» (МИИТ).

Научный руководитель - доктор технических наук, доцент

Гринчар Николай Григорьевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Коваленко Николай Иванович кандидат технических наук Панин Игорь Александрович

Ведущая организация - ОАО «Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта (ОАО «ВНИИЖТ)

Защита диссертации состоится «23» декабря 2009 г. в 15м часов на заседании диссертационного совета Д 218.005.0] в Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ) по адресу: 127994, г. Москва, ул. Образцова д. 9, стр. 9, аудитория 2505.

Ваш отзыв на автореферат в одном экземпляре, заверенный печатью организации, просим высылать по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ).

Автореферат разослан « 23> » /УсР^^Б2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета д.т.н., доцент

А.В. Саврухин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. С начала 1995 года началось внедрение ресурсосберегающих технологий на железных дорогах России комплексами современных высокоэффективных путевых машин. Однако, несмотря иа регулярное пополнение путевого хозяйства этими машинами, повышение уровня механизации путевых работ, в большинстве случаев при подготовительных и вспомогательных работах широко используется механизированный путевой инструмент. В общем объеме указанных работ последние составляют около 20%, при этом на их выполнение отвлекается до 65% рабочих, занятых на текущем содержании и ремонте пути.

Создание высококачественных механизмов и приборов, способных выполнять работы на главных путях, не нарушая графика движения поездов, и с минимальным применением рабочей'силы является актуальной проблемой.

Качество продукции определяется множеством показателей, характеризующих способность удовлетворять потребности в соответствии с назначением, при этом надежность играет решающую роль. Анализ отказов путевого инструмента показал, что её уровень на сегодняшний день не удовлетворяет требованиям производства.

В современных условиях актуальность проблемы повышения надежности механизированного путевого инструмента должна решаться в рамках комплексной системы управления качеством продукции, которая представляет собой совокупность мероприятий, методов и средств, направленных на установление, обеспечение и поддержания необходимого уровня качества инструмента при его разработке, изготовлении и эксплуатации. Оценка уровня качества -первый и основной этап системы управления качеством.

Цель работы и задачи исследования. Целью диссертационной работы является повышение надежности путевого инструмента с гидравлическим объемным приводом. Идея работы заключается в разработке методов и средств проведения контрольных испытаний путевого инструмента с гидравлическим объемным приводом при серийном производстве и ремонте.

Методы исследования. Включают анализ источников научно-технической информации, постановку и проведение теоретических и экспериментальных исследований, базирующихся на применении основных положений теории вероятностей, математической статистики, гидравлики, теории планирования эксперимента и обработки результатов экспериментальных данных.

Научная новизна. В диссертации получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:

1. Установлен характер распределений отказов пугевого инструмента в течении рабочего сезона.

2. Разработана методика определения полного и объемного КПД для гидравлического путевого инструмента.

3. Дано обоснование необходимости испытаний гидравлического пугевого инструмента, при изменяющейся нагрузке.

Практическая ценность работы. В диссертации получены следующие результаты, характеризующие практическую ценность работы:

1. Определены количественные показатели надежности инструмента, по которым принимаются решения о пригодности всей партии к эксплуатации при условии однородности.

2. Разработаны конструкции стендов с переменной нагрузкой на рабочий орган путевого инструмента.

3. Разработаны методики эксплуатационных и стендовых испытаний путевого инструмента с объемным гидравлическим приводом.

Реализация ti внедрение результатов работы. Результаты работы использованы при создании методик эксплуатационных и лабораторных испытаний путевого инструмента с гидравлическим объемным приводом; при создании экспериментального образца испытательного стенда; а также при организации учебного процесса студентов специальностей 190205 «Подъемно-транспортные, строительные и дорожные машины», 220402 «Роботы и робото-технические комплексы»

Апробация работы. Основные результаты были доложены на заседании кафедры «Путевые строительные машины и робототехнические комплексы» МИИТа, на 3-ей научно-пракшческой конференции «ПУТЕВЫЕ МАШИНЫ» г. Калуга 15-16 сентября 2005г., на шестой и седьмой Научно-практических конференциях «Безопасность движения поездов», Москва, МИЙТ, 2005 г.-2006г.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 12 печатных работ, из них 4 работ в журналах, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованной литературы из 50 наименований. Основная часть работы изложена на 201 страницах машинописного текста, содержит 82 рисунка, 27 таблиц, приложение.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава. В первой главе рассматриваются основные конструкции путевого инструмента с объемным гидроприводом и его эксплуатационная надежность.

Механизация в путевом хозяйстве развивается с учетом внедрения новых ресурсосберегающих технологий, обеспечивающих длительную стабильность пути. Однако на сегодняшний день ряд путевых работ по текущему содержанию выполняется с помощью ручного механизированного инструмента. В настоящее время на железных дорогах используется более двух десятков различных конструкций путевого инструмента с объемным гидроприводом как отечественного, так и зарубежного производства.

Эксплуатация путевого инструмента с объемным гидроприводом в условиях действующего пути предъявляет высокие требования к эффективности, надежности и безопасности.

Предприятия - изготовители позышают качество, а эффективность проводимых мероприятий может быть оценена только в результате всесторонних испытаний, включая испытания на надёжность, и в частности на ресурс. На за-

водах - изготовителях обычно выполняется настройка инструмента, проверка работоспособности и прочности при максимальных нагрузках. Полномасштабные испытания в соответствии с ГОСТ 27.410-87 практически никогда не проводятся и отсутствует оборудование для их проведения. Достоверность результатов зависит от того, насколько режим нагружения на стенде моделирует реальные условия эксплуатации.

Ддя первичного анализа характера и структуры отказов инструмента с объемным гидроприводом были использованы данные наблюдений по Московско-Ярославской дистанции пути и Астраханской дистанции пучи (рис. 1). Из распределения отказов по месяцам видно, что они имеют заметно выраженный сезонный характер, что связано, очевидно, с интенсивной эксплуатацией гидроинструмента в летние месяцы. Уровень надежности инструмента, таким образом, не удовлетворяет требованиям эксплуатации, основным из которых является требование о безотказной работе нового и капитально отремонтированного инструмента в течение всего сезона (примерно 2000-4000 рабочих циклов для домкратов и рихтовщиков, около 1000-2000 рабочих циклов для разгонщи-ков).

Рис. 1. Диаграмма распределения отказов гидравлического домкрата ДГ1Р-8 (Московско-Ярославской дистанции пути)

Основными направлениями совершенствования путевого гидроинструмента должны быть совершенствование конструкции и повышение долговечности гидравлических узлов инструмента.

Изучение теории и опыта эксплуатации путевого инструмента с гидравлическим объёмным приводом позволяет сделать несколько выводов:

» существующая система контроля качества гидравлического путевого инструмента не позволяет получить необходимый результат в области управления процессом обеспечения надёжности; * развитие процессов механизации текущег о содержания и дорожных работ на железнодорожном транспорте требует повышения надёжности путевого инструмента с гидравлическим объёмным приводом;

• место и роль испытаний при изготовлении инструмента на заводах-производителях до настоящего времени практически не исследованы, рекомендации отдельных авторов сводятся по существу к пожеланиям организации такого рода испытаний.

Наиболее эффективным инструментом решения данного комплекса задач является системный анализ, иначе говоря, тщательное рассмотрение их взаимосвязей, как между собой, так и со смежными факторами, влияющими на надёжность путевого инструмента с гидравлическим объёмным приводом и способами воздействия на эти факторы, Необходимо создание единой комплексной системы контроля качества инструмента, включающей как технические средства, так и технологию работ, а также методические указания по принятию управленческих решений в рассматриваемой области.

Таким образом, идея настоящей работы заключается в разработке методов и средств воздействия на эксплуатационную надёжность путевого инструмента с гидравлическим объёмным приводом, оценки параметров его состояния путем организации контрольных испытаний на качество на специализированных стендах.

Так как домкраты составляют более 50% от общего количества инструмента с гидравлическим объёмным приводом то основное внимание в работе уделено'этому оборудованию.

Вторая глава. Во второй главе рассматриваются теоретические вопросы, связанные с организацией испытаний инструмента с гидравлическим объёмным приводом на надежность. Повышение надежности домкратов до желаемого уровня (отработка в течение сезона без ремонта) возможно за счет внедрения ряда технических, технологических и организационных решений, мероприятий и процедур, важнейшей из которых являются сертификационные испытания, проводимые независимым (от изготовителя) сертификационным центром. Общие положения по испытаниям регламентированы ГОСТ 15.309-98 «Испытания и приемка выпускаемой продукции». Практический опыт показывает, что одним из решающих факторов в обеспечении качества гидроагрегатов является организация контроля качества. Заключительным и наиболее ответственным этапом всего технологического процесса является приемочный контроль. При этом проверяются все основные показатели и по результатам испытаний выносится суждение о качестве изделий и принимается решение о пригодности их к эксплуатации. Оценки, полученные на этапе проектирования и создания опытного образца, учитываются лишь в той мере, в какой они свидетельствуют об отсутствии потенциально ненадежных элементов. Поэтому главным источником информации о надежности на стадии выпуска серийной продукции являются испытания, проводимые по определенным планам. Для оценки эффективности планов контрольных испытаний служит оперативная (рабочая) характеристика, под которой понимается функция Цф равная вероятности принятия партии с уровнем дефектности д.

На рис. 2, а показана оперативная характеристика сплошного контроля, которая является идеальной, т.к. в этом случае точно известно значение кон-

третируемого параметра каждого изделия, если оно меньше некоторого критического (д№), то партия будет принята с вероятностью равной 1.

Рис. 2 Оперативные характеристики контроля: а)- сплошного контроля; б - статистического контроля Сплошной контроль может быть рекомендован в случае, когда партия инструмента невелика (т.е. такая, что существующие средства контроля качества способны охватить её целиком в период до поступления новой партии). Периодичность контрольных испытаний на надежность при серийном выпуске устанавливают в зависимости от контролируемых показателей и числа выпускаемых изделий, с учетом возможности завершения предыдущего цикла испытаний к началу очередного цикла и необходимого резерва времени для технического обслуживания и ремонта испытательного оборудования.

При выборочном статистическом контроле - рис. 2, б - поставщик и потребитель договариваются о двух уровнях дефектности и дт, партии с q < д0 считаются хорошими, а с д > д„ плохими, интервал до< д < (¡т является зоной неопределенности, а партии с таким уровнем дефектности считаются допустимыми.

Величина до называется приемочным уровнем дефектности (ПРУД), а д„ • браковочным уровнем дефектности (БРУД). В соответствии с этим, партии с уровнем дефектности ниже да должны по возможности приниматься или вероятность принятий тахой партии должна быть не меньше величины (1 - а), а партии с д > дт - бракуются а вероятность их приемки не должна превышать величины р.

Тогда для любого плана приемочного контроля справедливы уравнения ЦЧо)>1-а; Ь(Чт)<р (1)

где ос и /? - соответственно риски поставщика и потребителя. Параметры плана (1) являются основой для задания плана приемочного контроля, т.е. назначения объема выборки и нормативов, с которыми сравниваются результаты контроля и вычисления оперативной характеристики.

По принципу классификации результатов испытаний различают контроль по альтернативному и количественному признаку. Все существующие планы контроля по количественному признаку предполагают нормальное распределе-

ние контролируемого параметра. При невыполнении этого условия рассматриваемые планы можно применять только после оценки получаемой при этом погрешности (хотя нормальное распределение и является предельным).

Нормальное распределение имеет вид

«х) = -=4=--е"^) (2)

где ци а - соответственно математическое ожидание и среднее квадрати-ческое отклонение случайной величины х.

Если известно, что во всех партиях среднее квадратическое отклонение одинаково, то качество партии зависит от среднего арифметического, и тогда для одностороннего нижнего допуска большая величина среднего арифметического будет соответствовать хорошему качеству, т.е. чем больше ¡г, тем меньше доля дефектных изделий в партии. Если требования к плану контроля сформулированы в виде цв, а,р, то имеют место следующие уравнения

1—к= ф • л/Б); р = Ф (^2 • Я) (3)

где С - приемочное число;

р0 и цт - математическое ожидание контролируемого параметра, соответствующее приемочному и браковочному уровням дефектности;

Ф(Х) - табулированная функция нормированного нормального распределения.

Уравнения (3) являются основой для выбора параметров плана и и С.

Планы контроля качества партий при неизвестном среднеквадратическом отклонении обеспечивают приемку таких партий, уровень дефектности которых оказывается ниже некоторой, заранее установленной величины.

Математическое условие правила приемки партии

т-Х ,.ч

т~-с (4)

где Т - допуск на контролируемый параметр;

X, Б - выборочные характеристики контролируемого параметра;

С = 41 - Чс Чо ^ Чс 2 Чш

При этом

р^^>С^ = р{Х + С-5<Г} (5)

Выборочная функция г = X + С • Б из (5) имеет нормальное распределение с математическим ожиданием и дисперсией

С-а „ а2 С2-о2 = р + —(6)

где Кн - коэффициент, зависящий от объема выборки; п - объем выборки.

Оперативная характеристика будет иметь вид

Н^М-тг^-) я

V' \п 2 • п — 1,4/ ' \п 2 - п — 1,4/

Характерная особенность уравнения (7) заключается в том, что в него не входят значения генеральных характеристик циа.

Если заданы q0, qm, а, Р, то система уравнений для определения объема выборки и приемочного числа будет следующая

(и1-Чо— \ ( \

Н г ; Р = Ф -= Н (8)

1 , С» / 11, Сг /

■\/п 2 ■ п — 1,4/ Чп "*"2-п-1,4/

где и1_Чо и 111_Чт - квантили нормального распределения, соответствующие вероятностям 1 — <70 и 1 — цт.

Контроль по альтернативному признаку обладает рядом преимуществ: он проще как по объему вычислений, так и по организации его на производстве, методика контроля не зависит от вида распределения измерительных параметров и поэтому является более универсальным, тогда как в большинстве случаев при контроле по количественному признаку, предполагается, что параметры имеют нормальное распределение. Однако следует отметить, что при контроле по альтернативному признаку используется только часть полученной информации, что приводит к необходимости большего числа измерений.

После того, как определена модель распределения наработки на отказ и установлены ее параметры, возникает задача выбора партии гидравлического путевого инструмента, при помощи которой будет приниматься решение.

Для получения необходимой информации обследовались домкраты, не подвергавшиеся ремонту, после которого однородность партии может быть нарушена. Партия рассматривалась состоящей из нескольких подгрупп, каждая из которых с большой степенью вероятности может считаться однородной. За такие подгруппы у серийных моделей домкратов можно принять изделия, выпущенные в течение суток. Критические значения Пкр табулированы и составляют для уровня значимости ос= 0,05 и объема партии в 17 подгрупп Окр = 1,60.

Сравнивая результаты с критическим значением Окр (значения 0| > Окр подчеркнуты) можно констатировать, что подгруппы, расположенные правее критического значения Бкр можно объединить в однородные партии.

Чтобы определить размер партии воспользуемся методом интервального оценивания. Математическое ожидание размера партии будет составлять

М{М} = (9)

п

где п - количество партий;

- величина ¡-ой однородной партии.

Так как дисперсия генеральной совокупности, необходимая для определения параметров выборочного распределения, неизвестна, то для оценхи вы-

борочного среднего значения величины однородной партии воспользуемся N статистикой Стьюдеита с числом степеней свободы V = п — 1:

где ц - математическое ожидание генеральной совокупности; Б - среднее квадратическое отклонение.

Расчеты показывают, что за однородную, с большой степенью вероятности, можно считать партию, выпущенную в течение 10 дней. Внутри такой партии все изделия имеют примерно одинаковую среднюю наработку на отказ, что позволяет значительно упростить всю процедуру проверки состояния надежности.

Согласно одной из центральных предельных теорем математической статистики, теоремы Ляпунова, распределение суммы, а, следовательно, и среднего л независимых случайных величин стремится к нормальному закону при п -* со, если значения этих величин малы по сравнению с их суммой. При этом на законы распределения случайных величин не накладывается никаких условий. Кроме того, если численные признаки у единиц совокупности не имеют ярко выраженных «пиков» и «провалов» то нормальность распределения среднего обеспечивается уже при небольших объемах выборки (п = 5). Указанные обстоятельства в полиогй мере характерны для путевого инструмента с гидравлическим приводом, что позволяет применять нормальный закон распределения, параметры которого могут быть получены в ходе обработки статистической информации.

Для анализа однородности партий было обследовано 48 домкратов типа ДГ15 и 45 домкратов типа ДПГ10, имеющих различные сроки выпуска (в целях исключения однородных партий), при этом выбирался инструмент, у которого за период обследования произошло не менее 10 отказов. Оценка максимального правдоподобия для средней наработки на отказ при экспоненциальном законе распределения времени между отказами определяется из выражения

Т = (11)

г

где £ ^ - общая наработка домкрата за время исследования; г - количество отказов, зафиксированное за наработку.

Степень соответствия эмпирических и статистических кривых проверялась по критерию Пирсона. Расчеты показали, что наибольшее значение критерия Пирсона соответствует нормальному закону распределения. На рис. 3 показана эмпирическая и статистическая кривые для домкратов ДГ-15 и ДПГ-10, полученные с помощью программ. Для домкратов ДГ-15 имеем: математическое ожидание - 1788 циклов; среднее квадратическое отклонение - 680 циклов. Для домкратов ДПГ-10 - математическое ожидание - 1616 циклов; среднее квадратическое отклонение - 779 циклов.

При случайном отборе из нормальной генеральной совокупности с дисперсией О1 имеем

М{Бг} = аг (12)

б)

Рис. 3. Кривая средней наработки на отказ для домкратов: а - ДПГ-10; б - ДГ-15 Для получения доверительных пределов параметра о2 используется распределение х2 с числом степеней свободы v = n — 1=45(«- объем выборки), которому подчиняется случайная величина X2 = v' S2/ct2. Для дальнейших расчетов воспользуемся односторонним верхним пределом, который находится из выражения

= (п - 1) • S2/xi_p;n_i (13)

где р - величина доверительной вероятности.

Расчеты показывают, что для домкратов ДГ-15 в рассматриваемой выборке имеем а = 820 циклов, а для домкратов ДПГ-10 а - 946 циклов. Ошибка при этом не превышает 1%.

Основой для определения показателей надежности объемного гидропривода путевого инструмента являются данные из сферы эксплуатации и результаты, полученные в ходе анализа компьютерных моделей.

В ходе исследования анализировали материалы для двух наиболее распространенных типов домкратов ДПГ-10 и ДГ-15. Обработка проводилась стандартными методами в среде EXCEL.

Зависимости, характеризующие плотность вероятности безотказной работы и интегральную функцию распределения, представлены на рис. 4, а, б.

Анализ полученных зависимостей показывает, что согласно критерию Пирсона, нормальный закон распределения наилучшим образом описывает процессы изменения надежности гидравлического объемного привода путевого инструмента в процессе эксплуатации. По-видимому, это объясняется тем, что на надежность инструмента влияет большое количество разнообразных по своему происхождению и неравнозначных по степени влияния эксплуатационных факторов. Как известно, в подобных случаях нормальный закон распределения является наиболее адекватным. _

ООО №)0[| 1000.00 гсооло :ооо.оо :воо.оо МОО.ОО иосмю

иараавп* на ОТЧ1 гол«« рафомга дома»

а)

5)0.09 1000С0

ОТ «в м* (

6)

Рис. 4. Вероятность и плотность вероятности безотказной работы гидравлических домкратов:

в-ДПГ-10:б-ДГ-15

Анализ графиков показывает также, что в промежутки между наработкой в 1000 циклов и 2000 циклов (в среднем 1500 циклов) вероятность отказа начинает приближаться к единице (превышает значение 0,8), Это говорит о том, что при достижении наработки 1500...2000 циклов, домкраты указанных типов целесообразно подвергать освидетельствованию. С другой стороны, указанные данные по наработке говорят о том, что при не слишком большой интенсивности работ за сезон, домкраты могут отработать его целиком без проведения ремонтных мероприятий.

Согласно ГОСТ 27.410-87 план контроля испытаний должен содержать определенное число испытуемых образцов, При контроле надежности невос-станавливаемых изделий объем выборки (число испытуемых образцов) равен необходимому числу наблюдений. Для восстанавливаемых изделий объем выборки может быть уменьшен (до одного образца), если независимость наблюдений обеспечена к началу очередного наблюдения. При жестких ограничениях по времени целесообразно пользоваться одноступенчатым методом контроля. Там же определяется, что параметры плана контроля при нормальном распределении должны соответстиовать в зависимости от браковочного и приемочного уровней н рисков поставщика и потребителя.

Для контроля организуются независимых наблюдений, продолжительность каждого из которых равна наработке, для которой задана вероятность безотказной работы, и в каждом наблюдении фиксируют результат: наличие или отсутствие отказа. После ¡-го наблюдения принимают решение о соответствии безотказности заданным требованиям, если число отказов не больше приемочного числа. Решение о несоответствии принимают в случае, если число отказов больше приемочного числа.

При нормальном распределении задаваясь продолжительностью испытаний Тк < Хя < ^ и при условии, что отказавшие изделия не заменяются и не восстанавливаются в ходе контрольных испытаний, требуемый объем выборки определяется по формуле:

где N - объем выборки;

^ - требуемая суммарная наработка; 1:и - время испытания одного изделия; Тк - приемочное значение котролируемого показателя. Из формулы (14) следует, что объем выборки не может быть менее 2-х штук для каждой партии инструмента, так как в предельном случае Тк = =

Из практического опыта организации испытаний известно, что значения параметра Тк лежат в диапазоне 100...500 циклов; ^ - 1000...4000 циклов; 1И - 100..500 циклов При этом, согласно ГОСТ 27.410-87 должно соблюдаться условие Тк < <

Таким образом, приняв параметр за аргумент можно получить зависимости типа N = ) при различных сочетаниях значений ^ и Тк. Некоторые из них представлены на рис. 5.

Третья глааа. В третьей главе рассматриваются основы создания стендов для испытания путевого инструмента с объемным гидроприводом.

Очевидно, что организация испытаний путевого инструмента с объемным гидроприводом по определенному плану требует соответствующего инструментального обеспечения. Испытания могут быть организованы как непосредственно в эксплуатационных условиях (на железнодорожных путях), так и в лабораторных или заводских. Испытательные стенды, оснащенные всеми необхо-

(14)

димыми устройствами, в первую очередь датчиками контроля нагрузки и перемещения, а также устройствами для компьютерной записи параметров процесса, позволяют избежать, в основном, влияния разного рода субъективных факторов и получить «чистую» оценку состояния объектов. Стенды позволяют

-ш- Тл =400; ^ "500 -•>- Г„ =300; =-400 7в«200; 4 -300 -<~ 7а-100; 4 =2(Ю

Рис. 5. Зависимость объема выборки от параметров плана испытаний инструмента (при нормальном законе распределения)

получить режим нагружения/моделирующий реальные условия эксплуатации.

Важнейшим условием успешного проведения испытаний и получения адекватной состоянию инструмента оценки является проблема создания нагрузки на рабочий элемент (гидроцилиндр) инструмента. Принципиально возможны следующие варианты:

• нагрузка на гидроцилиндр инструмента статическая (т.е. не изменяется в процессе испытаний, независимо от величины хода штока);

• нагрузка на гидроцилиндр инструмента изменяется в процессе испытаний, линейно и пропорционально величине хода штока;

• нагрузка на гидроцилиндр инструмента изменяется нелинейно в зависимости от величины хода штока.

Использование двух последних решений позволяет воссоздать реальные ситуации, возникающие при подъеме рельсошпальной решетки и соответственно получить наиболее точную и адекватную оценку состояния инструмента. Характер изменения нагрузки представлен на рис. 6 а, б.

б)

Рис. 6. Зависимости изменения усилия на лапе домкрата от хода поршня: а) - на стыковом пути; б) - на бесстыковом пути Уровень нагрузки должен соответствовать как реальным нагрузкам, возникающим при работе инс трумента с рельсошпальной решеткой, так и значениям указанным в паспорте инструмента (в частности при проведении сертификационных испытаний).

Нагрузка на исполнительный шток гидроцилиндров домкратов, рихтовщиков, разгонщиков и пр. может задаваться с помощью механических нагружа-телей. Механические устройства (на основе пружинных механизмов) наиболее просты и их применение целесообразно на стендах с линейным изменением нагрузки. Таким образом, для успешного решения задачи по созданию стендов для испытания путевого инструмента с объёмным гидравлическим приводом, необходимо:

• -изучить характер изменения нагрузки при работе инструмента с рельсошпапьной решеткой;

• -разработать соответствующие принятой концепции конструктивные решения;

® -разработать методику оценки состояния объекта по результатам испытаний.

При стендовых и эксплуатационных испытаниях гидравлического инструмента обычно определяют соответствие фактических характеристик указанным в паспорте агрегата и этим ограничиваются. Для проведения ресурсных испытаний гидравлического инструмента автором создан комплекс стендов для проверки работоспособности и проведения ресурсных испытаний путевого гидравлического инструмента. Общий вид представлен на рис. 7,

Рис. 7, Комплекс стендов для испытаний путевого инструмента а - Испытания разгонщиков; б - Испытания домкратов; в - Испытания рихтовщиков. Каждый стенд имеет свой технический паспорт и аттестат, зарегистрированный в Федеральном агентстве по техническому регулированию и метроло-

гии ФГУ РОСТЕСТ-МОСКВА, а так же программу и методику аттестации утверждённую Департаментом пути и сооружений ОАО «РЖД»

Испытания каждого типа инструмента и их разновидностей проводились в нескольких типовых режимах, с таким расчетом, чтобы максимально соответствовать реальным ситуациям, возникающим при работе с путевым инструментом, имеющим объемный гидропривод, на железных дорогах.

1. Режим «нормальной» работы. Время подъёма составляет на высоту 50 мм примерно 1 мин., что соответствует реальной эксплуатационной практике и принятым нормативам.

2. Режим ускоренного подъёма. Время подъёма составляет на высоту 50 мм примерно 30-35 секунд. На практике данный режим встречается относительно редко - только в ситуациях, близких к чрезвычайным, когда требуется ускоренное выполнение работ.

3. Режим, имитирующий объемные потери рабочей жидкости (утечки) во внешнею среду, из-за потери герметичности уплотнительных соединений инструмента,

4. Режим имитации работы инструмента со сниженным объемным КПД без учета потерь во внешнею среду. Необходимо отметить, что указанная ситуация весьма часто встречается на практике.

5. Режим проверки устойчивости предохранительного клапана. Предназначен для оценки состояния клапонового узла инструмента.

Некоторые результаты испытаний представлены на рис.8 а, б, в.

Анализ результатов испытаний позволяет заключить что:

• линейное возрастание нагрузки на плунжер домкрата при подъеме обуславливает линейный характер изменения давления в гидросистеме домкрата. Данное обстоятельство позволяет наиболее простым и удобным образом анализировать техническое состояние домкрата без его разборки;

• задержка подъёма в начальный период (первые 5... 10 секунд) не оказывает реша тощего влияния на рабочий процесс, но, тем не менее, приводит к некоторому увеличению продолжительности рабочего цикла;

» хотя изделия, прошедшие текущий ремонт (замена уплотнителей, при необходимости замена прецизионных пар и пр.) обладают несколько худшими характеристиками по сравнению с новыми, но тем не менее они могут успешно использоваться на соответствующих работах;

• снижение объемного КПД вследствие износа прецизионных пар качающего узла и предохранительного клапана, а также внутренних уплотнений приводит к значительным (в 2...3 раза) задержкам в работе, несоблюдению технологии и правил безопасности выполнения работ (домкрат не удерживает штатную нагрузку в течение нормативного времени - 5 мин.).

Стендовые испытания однозначно подтверждают недопустимость эксплуатации инструмента при наличии внешних течей.

Последнее обстоятельство однозначно требует учитывать характер изменения полного и объемного КПД для инструмента с объемным гидропрпиво-дом, в той же мере, как и для гидросистем с машинным приводом.

Полный КПД привода может быть определен как отношение полезной работы при выдвижении штока механизма к совершенной работе:

— ^полезн _ ^ * ^ , Т1полн_ Азатр "М-п-у (15)

где: Аполезн - полезная работа, совершенная ги дроприводом;

Аэатр - работа, проделанная оператором (монтером пути), затраченная на преодоление силы И и полном ходе штока гидроцилиндра;

¥ - сила, действующая на шток гидроцилиндра; М - момент на рукояти привода насоса; п - число полномерных ходов рукоятки привода насоса. Объёмный КПД гидропривода инструмента можно определить как отношение полезного расхода к теоретической суммарной подаче насоса за цикл

(полное выдвижение штока под нагрузкой):

„

= ОпоЛ£ЗН _ (16)

Ло6 Отеор Чн ■п где: (2теор - теоретическая подача насоса;

Ополезн - полезный расход в гидросистеме; с1„ - диаметр поршня гидроцилиндра; qн - рабочий объем качающего узла насоса. Если нагрузка Б изменяется линейно по мере выдвижения штока гидроцилиндра то имеем за цикл:

_ "полези

Т1полн~ Ааатр ~(М1+М2).п-ф (17)

где М15 М2 - момент на рукоятке привода насоса в начале и в конце выдвижения штока, соответственно; (р - угол поворота рукояти, рад.

Для определения КПД при нелинейном изменении нагрузки воспользуемся следующим выражением:

Пполн=%^ = У Р.-Ь./Умщ.* (18)

Аззтр и / & где Р| - усилие на штоке гидроцилиндра на /-том ходу рукоятки привода насоса;

- величина выдвижения плунжера или штока гидроцилиндра на ь том ходу;

М| - момент на рукоятке привода насоса на /'-том ходу. Полученные в ходе испытаний домкратов ДПГ-10 и ДГ-15 зависимости изменения КПД от нагрузки представлены на рис. 9. Экспериментально полу-

ченные точки обрабатывались стандартным способом (полиномиальная

......................... ................ В) ...................................... 1

Рис. 8. Результаты испытаний: а - домкрат; б - разгонщик; в - рихтовщик

Необходимо отметить, что испытаниям подвергся инструмент, некоторое время находившейся в эксплуатации. Хотя характеристика изменения КПД в зависимости от нагрузки является стандартной для гидросистем с объемным гидроприводом является стандартной и общепринятой для объемных гидроприводов машин, однако до настоящего времени не включалась в паспортные характеристики гидравлического путевого инструмента испытания показали, что численные значения объемного и полного КПД гидродомкратов, находившихся в эксплуатации, примерно соответст вуют значениям объемного и полного КПД гидроприводов мобильных машин, отработавших 1000... 1500 ч, а характер изменения объемного и полного КПД о увеличением нагрузки (и, следовательно, с ростом давления в гидросистеме) также примерно соответствует характеристикам гидропривода мобильных машин с указанной наработкой. Таким образом, введение характеристик по КПД в паспортные данные гидроинструмента представляется правомерным, обоснованным и необходимым требованием, в частности при сертификации инструмента.

кпд

Давление в гидросистеме домкрата, бар —аг-ч --»-дпг.ю

—— По линзмивльиьЯ (ДГ-15) —— Полмномиагьмый СДПГ-10)

Рис. 9. Изменение КПД домкратов от нагрузки

Для успешной реализации последнего положения заводы-изготовителями должны оснастить соответствующие цеха испытательными стендами, обеспечивающими изменение нагрузки на инструмент в продолжение рабочего цикла от минимальной до максимальной. Исходя из аналогий для машиностроительного гидропривода минимально допустимыми значениями КПД для новых агрегатов при номинальной нагрузке на штоке следует считать величину порядка 0,85.

Введение характеристик по КПД в паспортные данные гидроинструмента и их изучение позволит организациям-потребителям делать обоснованный выбор при закупках с учетом задач, для которых приобретается путевой инструмент с объемным гидроприводом.

Помимо проведений испытаний путевого инструмента с объемным гидроприводом, комплекс стендов позволяет успешно испытывать и другие типы инструмента, например с механическим (винтовым) приводом. В ходе испытаний определялись величина подъёма (сжатия пружин стенда), усилие на лапе домкрата и крутящий момент на ходовой гайке винта, что позволило определить основные параметры изделий.

Дальнейшее развитие исследований в данном направлении, ведущееся на кафедре «Путевые, строительные машины и робототехнические комплексы» МИИТа при участии автора привело к разработке конструкции стенда с нелинейным нагружением за счет применения гидропривода с сервоуправлением, так как более или менее полная имитация нагрузки на рабочий орган инструмента может быть достигнута только в этом случае. Принципиальная гидравлическая схема стенда представлена на рис. 10.

Управление стендом (величиной нагрузки в зависимости от хода штока гидроцилиндра домкрата) может осуществляться в двух режимах. Первый режим - режим ручного управления. Осуществляется при включенном распределителе Р1. Изменение нагрузки происходит ступенчато, с малым шагом (соответственно одному из графиков, представленных на рис.6) путем регулирования пружины клапана КГО, давление контролируется по манометрам М1, М2. Запись ведется с датчика Д1.

Второй режим - автоматизированное управление от компьютера. Осуществляется при включенном распределителе Р2, изменение нагрузки происходит плавно, путем регулирования клапана с электромагнитным управлением КПЗ. Схема работы и управления стендом представлена на рис. 11. После включения управляющего процессора (компьютер, оборудованный цифроаналоговым и аналого-цифровыми преобразователями) оператором задается тип рельсо-шпальной решетки, нагрузка от которой на домкрат должна имитироваться на стенде. После расчета эквивалентного для данной гидросистемы значения давления в рабочей полости нагрузочного цилиндра стенда (управляющий сигнал поступает на цифроаналоговый преобразователь и далее на электромагнит клапана КПЗ (см. рис.10). Изменение давления в системе отслеживается датчиком давления и контролируется по манометру. Закачка масла в рабочий цилиндр домкрата производится помощником оператора. По мере выдвижения штока датчик перемещения передает сигнал на блок усилителей и далее на соответствующий аналого-цифровой преобразователь. Значение высоты подъёма, эквивалентной нагрузке от рельсошпальной решетки РШ, давление в гидросистеме выводятся на экран монитора и контролируются оператором. Так как плавное изменение нагрузки на домкрат позволяет практически точно имитировать условия работы инструмента в лабораторных условиях, то автоматизированный режим управления следует применять как основной (штатный) режим работы стенда.

T <THj.]<

Рис.10. Принципиальная гидравлическая схема стенда. Н- насос; Б-бак; KOI, К02 -клапан обратный; 31,32- гидрозамки двухсторонние; ГЦ- нагрузочный гидроцилиндр; PI, Р2 - рапределеители; Ф1- фильтр; КП1 - предохранительный клапан насоса; КП2- предохранительный клапан с ручным управлением; КПЗ -предохранительный клапан с электромагнитным пропорциональным управлением; Ml, М2, МЗ- манометры; ДД- датчик давления; ДП- датчик величины хода штока (высоты подъёма), ИГР - насос гидравлический ручной.

Ьхо*

усилителей

АЦП-Г

АЦП-2

Длтчнх вавлеим

Датчик положения (fiicorvf псдьека)

Доисри

Расчет значения »ютилмткого уатл РШ> по давлению

Расчеттнпеянй упрамяющего скгкодмотрг-нэгеятонклапяна

ПОМОЦДОК оператор«

Задесенне лшчганй в ¡»мять процессора

ЦАП

Изменение давления а гидросистеме

Юипам

КПЗ

Рис. 11. Блок-схема управления и работы стенда в автоматизированном режиме

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1) Организация контрольных испытаний для путевого инструмента с гидравлическим объемным приводом, как и для других серийно выпускаемые изделий машиностроения, я&пяется одним из основных методов повышения эксплуатационной надежности.

2) Оптимальное и минимальное значение средней наработки на отказ, являются для гидравлического путевого инструмента основными количественными критериями оценки качества. При их определении должны учитываться как экономический эффект от повышения надежности, так и затраты на его достижение.

3) Анализ зависимости между затратами на изготовление путевого инструмента с объемным гидроприводом и средней наработкой на отказ дает возможность прогнозировать изменение расходов в связи с изменением надежности инструмента, используя при этом информацию о надежности отдельных составных частей.

4) Нагрузки, действующие на гидроцилиндр путевого инструмента с объемным гидроприводом, носят нелинейный характер.

5) Одним из основных показателей технического состояния инструмента с объемным гидроприводом является объёмный и общий КПД.

6) Стенды для испытаний путевого инструмента с объемным гидроприводом могут быть выполнены по двум основным схемам: с линейным изменением нагрузки и нелинейном изменении нагрузки на исполнительный орган инструмента.

7) Практика создания и опыт работы показывают, что обработку результатов измерений полученных в ходе испытаний существенно проще проводить в случае линейного изменения нагрузки. Это в свою очередь дает более высокую точность качества интерпретации результатов испытаний.

8) Разработанные в ходе выполнения диссертационных исследований стенды являются по существу универсальными испытательными агрегатами и позволяют успешно испытывать как путевой гидравлический инструмент, так и механический путевой инструмент (винтовые домкраты, рихтовщики т.д.), а также и серийно выпускаемые гидроцилиндры практически всех типов с ходом шока до одного метра, применяемые на путевых, строительно-дорожных и грузоподъемных машинах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОТРАЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

По материалам диссертационной работы опубликовано 12 печатных работ, из них 4 в журналах рекомендованных ВАК РФ для специальности 05.02.02- «Машиноведение, системы приводов и детали машин».

1. Трошко И.В. Стенды для испытания механизированного инструмента, используемые при поднятии и выправки пути //Вестник МИИТа, 2005. Выпуск 12. с. 41-46

2. Трошко И.В. Стенды для испытания механизированного инструмента // Путь и путевое хозяйство 2005. №6. с. 27-28

3. Трошко И.В. Стенды для испытания механизированного инструмента, используемые при поднятии и выправки пути //Путевые машины г. Калуга. 2005.с. 50-55

4. Ковальский В.Ф., Трошко И.В. Стендовые испытания механизированного путевого инструмента // Безопасность движения. МИИТ.2005.Выпуск б.с. Х24-Х26

5. Трошко И.В. Исследование механизированного путевого инструмента в результате всесторонних стендовых испытаний, включая испытания на надёжность и ресурсные испытания // Безопасность движения. МИИТ.2006.Выпуск 7.с. 11120-111 22

6. Гринчар Н.Г., Трошко И.В. Испытания гидроагрегатов как инструмент обеспечения качества и надёжности //Механизация строительства, 2007. Ха7. с. 8-11

7. Гринчар Н.Г., Зайцева Н.А,, Трошко И.В. О методах выбора планов контрольных испытаний гидроагрегатов массового выпуска // Механизация строительства , 2007. №9. с.24-25.

8. Гринчар Н.Г., Зайцева H.A., Трошко И.В. Нормирование показателей надёжности при испытаниях гидроагрегатов // Механизация строительства , 2007. №11. с. 27-29

9. Гринчар Н.Г., Трошко И.В. Определение КПД гидравлического инструмента // Путь и пугевое хозяйство, 2007.№5. с .18-19

10. Гринчар Н.Г., Морозов Ю.В., Трошко И.В. Исследование КПД гидроинструмента //Путь и путевое хозяйство, 2009 Jfs3. с. 32-33

11. Гринчар Н.Г., Морозов Ю.В., Трошко И.В. Метод определения КПД гидравлического инструмента //Механизация строительства, 2009 .№7. с.11-14

12. Гринчар Н.Г., Ковальский В.Ф., Трошко И.В. Универсальный стенд для испытания гидравлических домкратов //Путь и путевое хозяйство, 2009. №9. с.17-18

Подписано в печать - /£ //, 09 Усл.- печ.л,- -1,5

Печать офсетная. Бумага для множ. апп. Формат 60х84/16

Тираж 80 экз. Заказ№ ___

Типография МИИТ, 127994, Москва, ул. Образцова, д.9, строение 9

ВВЕДЕНИЕ.

1 Исследование эксплуатационной надёжности путевого инструмента с объёмным гидроприводом.

1.1 Современный гидравлический путевой инструмент.

1.1.1 Гидравлические домкраты.

1.1.2 Гидравлические рихтовщики.

1.1.3 Гидравлические разгонщики.

1.2 Применение гидравлического инструмента.

1.3 Стендовые испытания гидравлического инструмента. Основные требования к стендам для испытаний гидравлического путевого инструмента (ГПИ).

1.4 Современный уровень надёжности гидравлического путевого инструмента.

1.5 Способы и средства обеспечения надёжности гидравлического путевого инструмента.

1.6 Постановка задачи исследования.

2 Теоретические основы организаций испытаний путевого инструмента с объёмным гидроприводом.

2.1 Основы оценки режимов эксплуатации путевого инструмента с гидравлическим объёмным приводом.

2.2 Теоретические основы разработки планов испытаний инструмента с гидравлическим объёмным приводом.

2.3 Методы контроля качества серийно выпускаемых изделий машиностроения.

2.3.1 Методы выбора планов контрольных испытаний.

2.3.2 Обоснование признаков однородной партии.

2.3.3 Выбор схемы испытаний.

2.3.4 Нормирование показателей надёжности при испытаниях гидроагрегатов массового выпуска.

2.4 Расчет основных показателей надёжности путевого гидравлического инструмента.

2.4.1 Расчет основных показателей надёжности ДПГ-10.

2.4.2 Расчет основных показателей надёжности ДГ-15.

2.5 Определение объёмов выборки из партии инструмента.

2.6 Выводы.

3 Основы создания стендов для испытания путевого инструмента с объёмным гидроприводом.

3.1 Определение усилий, действующих на гидропривод инструмента.

3.1.1 Определение усилий подъёма путевой решетки стыкового пути.

3.1.2 Определение усилий подъёма путевой решетки бесстыкового

3.1.3 Определение усилий сдвига путевой решетки стыкового пути.

3.1.4 Определение усилий сдвига путевой решетки бесстыкового пути.

3.2 Коэффициент полезного действия гидравлического путевого инструмента.

3.3 Универсальный комплекс стендов для испытаний путевого инструмента с объёмным гидравлическим приводом.

3.3.1 Программа и методика первичной и периодической аттестации гидравлического путевого инструмента.

3.3.2 Испытания рихтовщиков.

3.3.3 Испытания домкратов.

3.3.4 Испытанияразгонщиков.

3.4 Расчет КПД путевого гидравлического инструмента.

3.5 Испытание путевого инструмента.

3.5.1 Испытание гидравлических домкратов ДПГ-10-0,2, ДПГ-15-0,1 и ДГ-15.

3.5.2 Испытание гидравлического разгонщика РН-04.

3.5.3 Испытание гидравлического рихтовщика РПГ-6-01.

3.5.4 Испытания путевого механического инструмента.

3.6 Перспективные пути развития конструкции стендов для испытания путевого гидравлического инструмента.

3.7 Выводы.

С начала 1995 года в соответствии с приказом МПС от 08.12.1995 №132 началось внедрение ресурсосберегающих технологий на железных дорогах технологическими комплексами современных высокоэффективных путевых машин. В условиях роста грузонапряженности и интенсивности движения под воздействием проходящих поездов происходит угон пути, и возникают остаточные деформации в профиле и плане. Кроме того, в рельсовых плетях возникают сезонные температурные напряжения. Неисправности пути в профиле устраняют подъемкой рельсошпальной решетки, неисправности пути в плане устраняют поперечной сдвижкой. При текущем содержании снимают температурные напряжения в рельсовых плетях и вводят их в расчетный температурный интервал с обеспечением необходимого стыкового зазора. Не смотря на регулярное пополнение путевого хозяйства железных дорог новыми высокопроизводительными путевыми машинами, повышение уровня механизации путевых работ, на большинстве неотложных подготовительных и вспомогательных работах широко используется механизированный путевой инструмент. В общем объёме ремонтно-путевых работ последние составляют не более 20%, но на их выполнение отвлекается до 65% рабочих, занятых на текущем содержании и ремонте пути.

Задачи по снижению контингента, организации мобильных бригад, требуют широкого внедрения нового и надёжного инструмента в целях повышения оперативности выполнения неотложных работ. По заказу ОАО РЖД разработано и освоено в производстве в последние годы свыше 50 типов электрического и гидравлического путевого инструмента нового поколения, в том числе: путевые домкраты, гидроразгонщики стыков рельсов, рихтовщики и ряд других видов инструмента. Они широко были представлены на выставке «Путевые машины - 2007».

Оснащенность железных дорог механизированным путевым инструментом составляет около 60% от потребности, а новыми его модификациями

14.18%. Эксплуатация этих инструментов в условиях действующего пути и в непосредственном контакте с обслуживающим персоналом предъявляет высокие требования к их эффективности, надёжности и безопасности. В настоящие время на железных дорогах России используют более двух десятков различных типов гидравлического инструмента отечественного и зарубежного производства.

Однако железные дороги продолжают заказывать устаревшие типы механизированного путевого инструмента, не выделяют необходимых средств для замены вышедшего из строя и пополнения новым до штатной потребности.

На ряде дорог - Московской, Горьковской, Забайкальской, СевероКавказской, Дальневосточной и др. - не проводится инвентаризация существующего механизированного путевого инструмента и не организован его централизованный ремонт. В линейных подразделениях путевого хозяйства хранится значительное количество неучтенного и неисправного инструмента.

Для сохранения пути в нормальном состоянии выполняются большие объёмы выправочных и рихтовочных работ. Правильное положение пути в плане обеспечивает плавность и безопасность движения поездов, способствует меньшему накоплению неисправностей по шаблону и уровню, снижает кромочные напряжения в рельсах и уменьшает их износ, а также продляет срок службы: рельсов, шпал, скреплений; способствует сохранности перевозимых грузов.

Восстановление нормального положения пути в плане производится рихтовкой. При текущем содержании пути, трудоемкость составляет 8. .10%, а при капитальных работах 1 .1,5% от общегодовых трудовых затрат, что составляет несколько миллионов человеко-дней ежегодно [1]. На линиях с большой грузонапряженностью и тяжелых типах верхнего строения пути расход рабочей силы на выправку пути в плане возрастает в 2. .3 раза и достигает 20% [2]. .

Текущему содержанию пути уделяется большое внимание, как на отечественных, так и на зарубежных железных дорогах. Эта работа выполняется машинами непрерывного действия в технологические "окна" и рихтующими устройствами дискретного (точечного) действия.

На зарубежных железных дорогах, имеющих меньшую интенсивность движения поездов, для выполнения путевых работ используется цепочка путевых машин, работающих на закрытом для движения поездов перегоне. Для рихтовки пути применяют машины дискретного действия. Наибольшее распространение получили машины, созданные фирмами Плассер (Австрия), Матиза (Швейцария), Тампер (Канада), Джексон (США), Виндгоф-Рейн (ФРГ), Лайн-Мастер, RTW (США) и др. [2, 4-8]. Производительность таких машин до 500 п.м. при текущем содержании пути в час. На высоконапряженных участках наших железных дорог эти машины из-за сравнительно низкой производительности и необходимости занятия перегона при текущем содержании пути не могут быть применены. Они также не могут работать из-за низкой производительности в комплексе с другими путевыми машинами при капитальном ремонте пути.

В настоящее время на ряде дорог применяются машины и механизмы, легко убираемые с пути. На отечественных железных дорогах нашли применение гидравлические механизированные домкраты типа ДШ -15-0,1, разгонщики РН-04, рихтовщики РПГ-6-0,1и ряд других приборов. В США используются приборы таких фирм как: RortaCo, корпорация Modern Track Machinery.

В последние годы значительное внимание уделялось вопросам теории и создания механизированых устройств дискретного действия. В основном определены потребные усилия для подъемки и сдвига пути, определены длины волн; изгиба и напряжения, возникающие в рельсах, выполнен анализ работы рычажных рихтовочных приборов и ряд других вопросов.

Над этим работали В.Г. Альбрехт [9-11], М.В.Липский [12], Н.А.Карпов [13], Лю И [14, 15], Н.С.Чирков [16], С.А.Соломонов, Р.Г. Гасилов и др.

Несмотря на широкое применение съемных устройств, теоретических и экспериментальных исследований эти работы выполнены не в полном объёме. Все серийные механизированные приборы внедрены в результате изготовления и отбора, лучших из десятков опытных конструкций. Систематического анализа их работы не выполнялось.

Известно, что для рихтовки и выправки пути с рельсами типа Р65, железобетонными шпалами, плотным щебеночным балластом, потребные усилия для сдвига на 20 мм составляют 7500 кг, а на 40 мм - 8400 кг [11]. Однако, на практике в этих случаях при распорном усилии серийных рихтовщиков для сдвижки пути на 20 мм используются 5. .8 приборов, а на бесстыковом пути и в кривых участках пути 8. 12 приборов.

Создание легких, простых, дешевых и высокопроизводительных механизмов и приборов, способных выполнять работы на главных путях, не нарушая графика движения поездов, и с минимальным расходом рабочей силы является актуальной проблемой. •

Качество продукции определяется множеством показателей, характеризующих ее назначение, особенности, полезность, способность удовлетворять определенные потребности общества и среди них показатели надёжности играют решающую роль. Повышение надёжности механизированного путевого инструмента влечет за собой рост ее годовой производительности, сокращение затрат на восстановление работоспособности, высвобождение людских ресурсов, занятых как в сфере эксплуатации, так и технического обслуживания и ремонта,

В современных условиях проблема повышения надёжности механизированного путевого инструмента должна решаться в рамках комплексной системы управления качеством продукции, которая представляет собой совокупность мероприятий, методов и средств, направленных на установление, обеспечение и поддержания необходимого уровня качества инструмента при его разработке, изготовлении и эксплуатации. Оценка уровня качества - первый и основной этап системы управления качеством, поскольку для того, чтобы улучшать качество, нужно, прежде всего, уметь его количественно оценивать.

В соответствии с характеристикой инструмента [18] как ремонтируемого изделия, эксплуатируемого до предельного состояния в циклически регулярном режиме использования, для которого доминирующим фактором при оценке последствий отказа является факт наличия отказа и вынужденный простой, свойства безотказности оцениваются с помощью наработки на отказ — Т, параметра потока отказов - co(t) и вероятности безотказной работы - P(t). Из трех характерных периодов на классической кривой изменения потока отказов во времени особое место имеет период нормальной эксплуатации, в значительной мере определяющей качество инструмента. В этот промежуток времени между периодами приработки и износовых отказов параметр потока отказов стабилизируется, указывая на достигнутый уровень надёжности. При этом у отдельных типов механизированного путевого инструмента стабилизация в силу различного ряда причин, происходит на различных уровнях, что и ведет к значительным дополнительным расходам на поддержание их работоспособного состояния. Поэтому для серийно выпускаемых моделей инструмента важно оценить именно состояние надёжности в период нормальной эксплуатации при приемке готовой продукции непосредственно на заводе изготовителе.

Оценить состояние надёжности изделия возможно лишь путем организации специальных испытаний, план проведения которых играет решающую роль. Отсутствие на сегодня научно обоснованного выбора параметров планов испытаний не позволяет получить объективной оценки надёжности выпускаемой продукции. Основное внимание при контроле направлено на проверку работоспособности инструмента.

Таким образом, целью исследований в данной работе является: повышение надёжности путевого инструмента с гидравлическим объёмным приводом.

Для достижения поставленной задачи необходимо решить:

1. Определить параметр, характеризующий состояние инструмента с гидравлическим приводом в эксплуатации

2. Исследовать характер изменения технического состояния инструмента с гидравлическим объёмным приводом в процессе эксплуатации

3. Разработать рациональные планы испытаний для инструмента массового выпуска

4. Разработать конструкцию и провести эксплуатационные испытания стендов для оценки параметров путевого инструмента с гидравлическим объёмным приводом

5. Разработать методики проведения испытаний

Решение поставленных задач и организация на их основе регулярного контроля за состоянием надёжности инструмента серийного производства позволит улучшить качество инструмента, поступающего в эксплуатацию, что будет способствовать: a) улучшению общего состояния железнодорожного пути в плане; b) повышению производительности и улучшению условий труда монтеров пути; c) выполнению работ при уменьшенном составе бригад; d) сокращению времени цикла и стоимости выполнения работ; e) повышению уровня культуры производства и производственной эстетики.

Методы исследований включают анализ источников научно-технической информации, постановку и проведение теоретических и экспериментальных исследований, базирующихся на применении основных положений теории вероятностей, математической статистики, гидравлики, теории планирования эксперимента и обработки результатов экспериментальных данных.

Основные научные положения, защищаемые автором:

1. Выход из строя гидравлического путевого инструмента имеет сезонный характер, что связано со спецификой производства работ по текущему содержанию пути.

2. Повышение надёжности гидравлического путевого инструмента может быть достигнута за счет организации контрольных испытаний некоторой выборки из каждой партии инструмента как изделия массового производства.

3. При выборе инструмента для производства работ следует учитывать полный и объёмный КПД агрегатов.

4. Снижение объёмного КПД агрегатов в процессе эксплуатации позволяет прогнозировать остаточный ресурс инструмента.

5. Нагрузка на рабочей элемент инструмента, создаваемая на испытательных стендах, должна носить характер сходный с нагрузками, возникающими в эксплуатационных условиях.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается достаточным объёмом и сходимостью результатов теоретических исследований и расчетов, результатов эксплуатационных наблюдений за состояние путевого инструмента с объёмным гидроприводом, а также результатов лабораторных и натурных экспериментов.

Научная новизна работы:

1. Установлен характер распределений отказов путевого инструмента в течение рабочего сезона.

2. Разработана методика определения полного и объёмного КПД для гидравлического путевого инструмента.

3. Дано обоснование необходимости испытаний гидравлического путевого инструмента, при изменяющейся нагрузке.

Личный вклад автора состоит в обобщении известных результатов, постановке проблемы и задач исследования, разработке конструкции стенда для проведения ресурсных испытаний путевого инструмента с объёмным гидроприводом и разработки методики проведения испытаний.

Практическая значимость работы заключается:

1. В реализации системного подхода к организации испытаний путевого инструмента с объёмным гидроприводом.

2. В определение количественных показателей надёжности инструмента с объёмным гидроприводом, по которым принимаются решения о пригодности всей партии к эксплуатации при условии однородности.

3. В разработке конструкций стендов с переменной нагрузкой на рабочий орган путевого инструмента с объёмным гидроприводом.

4. В разработке методик эксплуатационных и стендовых испытаний путевого инструмента с объёмным гидравлическим приводом.

Реализация работы

Работа выполнена в Московском государственном университете путей сообщений, на кафедре «Путевые, строительные машины и робототехнические комплексы».

Апробация работы

Результаты диссертационной работы докладывались на научной конференции « Передовые ресурсосберегающие технологии и путевая техника» г. Калуга 2005 г., на шестой и седьмой научно-практической конференции «Безопасность движения поездов» 26-27 октября 2005 г.- 2006 г., г. Москва МИИТ, а также на заседании кафедры «Путевые, строительные машины и робототехнические комплексы» МИИТа в 2008-2009 году.

Публикации

По материалам диссертационной работы опубликовано 12 печатных работ, из них 4 в журналах рекомендованных ВАК РФ для специальности 05.02.02- «Машиноведение, системы приводов и детали машин».

1. Вестник МИИТа научно-технический журнал Вып. 12.;МИИТ. 2005.

2. Научно-популярный производственно-технический журнал « Путь и путевое хозяйство» №6.;2005.

3. Труды научно-практической конференции « Путевые машины» г. Калуга.;2005.

4. Труды шестой научно-практическая конференция « Безопасность движения» 26-27 октября 2005 г. МИИТ г. Москва.

5. Труды седьмой научно-практическая конференция « Безопасность движения» 26-27 октября 2006 г. МИИТ г. Москва.

6. Гринчар Н.Г., Трошко И.В. « Испытания гидроагрегатов как инструмент обеспечения качества и надёжности» Механизация строительства г. Москва.; №7 2007 г.

7. Гринчар Н.Г., Зайцева Н.А., Трошко И.В. « О методах выбора планов контрольных испытаний гидроагрегатов массового выпуска» Механизация строительства г. Москва.; №9 2007 г.

8. Гринчар Н.Г., Зайцева Н.А., Трошко И.В. «Нормирование показателей надёжности при испытаниях гидроагрегатов» Механизация строительства г. Москва.; №11 2007 г.

9. Гринчар Н.Г., Трошко И.В. « Определение КПД гидравлического инструмента» Путь и путевое хозяйство г. Москва №5 2007г.

10. Гринчар Н.Г., Морозов Ю.В., Трошко И.В. « Исследование КПД гидроинструмента» Путь и путевое хозяйство г. Москва №3 2009 г.

11. Гринчар Н.Г., Морозов Ю.В., Трошко И.В. « Метод определения КПД гидравлического инструмента» Механизация строительства г.Москва №7 2009 г.

12.Гринчар Н.Г., Ковальский В.Ф., Трошко И.В. «Универсальный стенд для испытания гидравлических домкратов» Путь и путевое хозяйство г.Москва №9 2009 г.

3.7 Выводы

1. Нагрузки, действующие на гидроцилиндр путевого инструмента с объёмным гидроприводом, носят нелинейный характер.

2. Одним из основных показателей технического состояния инструмента с объёмным гидроприводом является объёмным и общий КПД.

3. Стенды для испытаний путевого инструмента с объёмным гидроприi

I водом могут быть выполнены по двум основным схемам: с линейным изменением нагрузки и нелинейном изменения нагрузки на исt полнительный орган инструмента.

4. Практика создания и опыт работы показывают, что обработку ре-< зультатов измерений полученных в ходе испытаний существенно г проще проводить в случае линейного изменения нагрузки. Это в ; свою очередь дает более высокую точность качества интерпретации результатов испытаний.

Заключение

1. Организация контрольных испытаний для путевого инструмента с гидравлическим объемным приводом, как и для других серийно выпускаемых изделий машиностроения, является одним из основных методов повышения эксплуатационной надежности.

2. Оптимальное и минимальное значение средней наработки на отказ, являются для гидравлического путевого инструмента основными количественными критериями оценки качества. При их определении должны учитываться как экономический эффект от повышения надежности, так и затраты на его достижение.

3. Анализ зависимости между затратами на изготовление путевого инструмента с объемным гидроприводом и средней наработкой на отказ дает возможность прогнозировать изменение расходов в связи с изменением надежности инструмента, используя при этом информацию о надежности отдельных составных частей.

4. Нагрузки, действующие на гидроцилиндр путевого инструмента с объемным гидроприводом, носят нелинейный характер.

5. Одним из основных показателей технического состояния инструмента с объемным гидроприводом является объёмный и общий КПД.

6. Стенды для испытаний путевого инструмента с объемным гидроприводом могут быть выполнены по двум основным схемам: с линейным и нелинейном изменением нагрузки на исполнительный орган инструмента.

7. Практика создания и опыт работы стендов показывают, что обработку результатов измерений полученных в ходе испытаний существенно проще проводить в случае линейного изменения нагрузки. Это в свою очередь дает более высокую точность качества интерпретации результатов испытаний.

8. Разработанные в ходе выполнения диссертационных исследований стенды являются по существу универсальными испытательными агрегатами и позволяют успешно испытывать как путевой гидравлический инструмент, так и механический путевой инструмент (винтовые домкраты, рихтовщики т.д.), а также и серийно выпускаемые гидроцилиндры практически всех типов с ходом шока до одного метра, применяемые на путевых, строительно-дорожных и грузоподъемных машинах.

1. Карпов Н.А., Песельник М.С., Шестопалов В.И. Съемные механизмы для рихтовки пути, Труды ЦНИИ МПС, Выпуск 188, М.Трасжелдориздат, 1959

2. Альбрехт В.Г. Вопросы пути и путевого хозяйства на линиях с большой грузонапряженностью. Транспорт, 1965, Труды ВНИИЖТ, выпуск 48

3. Механизация путевых работ на зарубежных железных дорогах (тенденции в развитии). Под редакцией Членова М.Т. М.: Транспорт, 1969 г.

4. Hauer J.M. Die Internationaly Oberbanausstellung und die Oberbaufach-tagung des VDEJ in Elst (Holland). Der Eisenbahningenier, Juni, 1961

5. Nordberg Tracklayer, Line Indicator, Switehliner combination, P.2 "Railway Track and Structures", XII 1971, III 1970, USA

6. Railway Track work Co "Railway track and Structures", 1962, №5, 1962, №6, USA

7. Plassermatic 07-275 "Signal und Schiene" №8, 1972, GDR

8. Schwerin Gunter Oberbaunmaschinen Ausstellung 1972, Frankfurt am Main. "ETR-Eisennahnteehn Rdsch", 1972, 21, №1.2

9. Альбрехт В.Г. Каким должен быть рихтовочный прибор. «Путь и путевое хозяйство», 1957, №2

10. Ю.Альбрехт В.Г. и др. Путевые работы и машины. М.: Трансжелдориз-дат, 1969

11. П.Альбрехт В.Г., Болотин В.И. Вопросы пути и путевого хозяйства на линиях с большой грузоподъемностью. М.: Трансжелдориздат, 1962

12. Липский М.В. Условия работы и особенности содержания бесстыкового пути в кривых. Минску 1963

13. Карпов Н.А., Песельник М.С., Шестопалов В.И. Съемное механизмы для рихтовки пути. Труды ЦНИИ МПС, Выпуск 178,1. М.:Трансжелдориздат, 1959

14. Лю И. Сопротивление пути поперечному сдвигу. Путь и путевое хозяйство, 1959, №3

15. Лю И. Исследование сопротивляемости железнодорожного пути перемещению, установление параметров путеподъемников и рихтовоч-ных приборов. Автореферат диссертации на соискание ученой степени к.т.н., М., 1961

16. Чирков Н.С Поперечные усилия при рихтовке бесстыкового пути. «Вестник ЦНИИ МПС», 1971, №2

17. С.А. Соломонов, М.В. Попович, В.М. Бутенко идр. «Путевые машины», Учебник для вузов ж.д. транспорта. М.: Желдориздат, 200 -756 с.

18. Гасилов Р.Г. Исследование и разработка съемных устройств для тих-товки железнодорожного пути, Дисс. На соискание ученой степени канд. Тех. наук, 186

19. Коршунов А.А. Повышение надёжности автопогрузчиков серийного производства на основе разработки рациональных параметров планов контрольных испытаний. Дисс. На соискание уч. Степени канд. Техн. Наук, 1988, 150 с.

20. ГОСТ 27410-83 Надёжность в технике. Методы и планы статистического контроля показателей надёжности по альтернативному признаку. Издательство стандартов, 1983. 112 с. Группа Т-59

21. Контроль качества продукции в машиностроении. Под ред. А.Э. Ар-теса. М.: Издательство стандартов, 1980. 477 с.

22. Смирнов М.В., Дунин-Барковский И.В. Курс теории вероятностей и математической статистики для технических приложений. М.:Наука, 1969,512 с.

23. Шторм Р. Теория вероятностей. Математическая статистика. Статистический контроль качества. М.: Мир, 1970, 315 с.

24. Вальд А. Последовательный анализ. М.: Физматгиз, 1960, 328 с.

25. Wald A. seguental Tests of Statistical Hypotheses, Annals of mathematical statistics, 16, 2, 1945

26. Шор Я.Б. Методы комплексной оценки качества продукции. М.: Знание, 1971, 56 с

27. Алепин Е.А., Власенко В.З. Мера качества. Калининград. Кн. издательство, 1979, 74 с.

28. Dodge H.F., Romig H.G. Method of Sampling Inspection Bell System. Technometrics Vol 8, 4, 1929

29. Шор Я.Б. Статистические методы анализа и контроля качества и надёжности. М.: Советское радио, 1962, 552 с.

30. Wald A. The Determination of Single Sampling Attributes plans with Given Productors and Consumers Risks. Technometrics, Vol. 9, 3, 1967

31. Лил и X. Контроль гарантии качества. М.: Издательство стандартов. 1969, 205 с.

32. Mandelson I. Estimation of Optimum Sample Size in Destructive Sampling by Attributes. Industrial Quality Control. Vol.3,5, 1946.

33. Horsnell G. Economical Acceptance Sampling Schemes. Journal of the American Statistical Association, Washington, A120, 1957, p.201-212.

34. Гнеденко Б.В., Беляев Ю.К., Соловьев А.Д. Математические методы в теории надёжности. М.: Наука, 1965.-524 с.

35. Беляев Ю.К., Дугина Т.Н., Пумельский Я.П. Методика по разработке стандартов на статистический приемочный контроль качества продукции по альтернативному признаку с учетом экономических показателей. М.: Изд-во стандартов, 1972.-112с.

36. Morigutti S. Notes on Sampling Inspection Plans. Rep. Stat. Appl. Res., Union Japan Scientists & Engineers. №3, 1955 p.23-28.

37. Ван дер Ваден Б.П. Математическая статистика. М.: Иностранная литература, 1960.-434 с.

38. Strange R. Optimum Sequential Plans. Minim ax Loss. Unternhmens for schung № 10, 1966, p.3-10.

39. Эйдельнант М.И. Вероятностные модели и статистический контроль. Ташкент.: Изд-во Акад. Наук УзССр, 1955.-75 с.

40. Методика по разработке стандартов на статистический и приемочный контроль качества продукции по альтернативному признаку с учетом экономических показателей. М.: Издательство стандартов, 1972, 232 с.

41. Справочник по надёжности. Под ред. Левина Б.Р. T.I. М.: Мир, 1969. -340 с.

42. David Н.А. The Ranking of Variance in Normal Population. Journal of the American Statistical Association, vol.3, 1956, p.51

43. Колмогоров A.H. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: Наука, 1986. -534 с.

44. Шварц Г. Выборочный метод. Руководство по применению статистических методов оценивания. М.: Статистика, 1978. -213 с.

45. Большее JI.H., Смирнов Н.В. Таблицы математической статистики. М.: Статистика, 1982. -564 с.

46. Аттестация промышленной продукции по двум категориям качества. Методические документы. М.: Изд-во стандартов, 1984. -36 с.

47. Методика определения оптовых цен и нормативов чистой продукции на новые машины, оборудование и приборы производственно-технического назначения. М.: Прейскурантиздат, 1982.-38 с.

48. Методика выбора норм надёжности технических устройств. М.: Изд-во стандартов, 1978. -31 с.

49. Козлов Б.А., Ушаков И.А. справочник по расчету надёжности. М:" Советское радио, 1975. -432 с.

50. Коршунов А.А. выбор оптимальных параметров плана контрольных испытаний на надёжность серийных моделей автопогрузчиков. М:, 1988.- 8с.-Деп. В АгроНИИТЭИИТО 17.05.88 №357 -сх88.

51. Надёжность и качество изделий. №2. Статистические методы контроля качества и надёжности промышленной продукции.

52. А.И.Аристов. Принципы регламентации (стандартизации) методов контроля качества продукции. В.А.Лапидус. М: Знание, 1988. -116с.

53. Мачульский И.И. Исследование надёжности и долговечности механизмов универсальных вилочных погрузчиков. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М: МИИТ, 1969.-110с.

54. Хазов Б.Ф. Обеспечение показателей надёжности строительных и дорожных машин при проектировании. М: ЦНИИТЭстроймаш, 1974. -52с.

55. Хазов Б.Ф. Надёжность строительных и дорожных машин, М: Машиностроение , 1979.- 192с.

56. Трошко И.В. Стенды для испытания механизированного инструмента, используемые при поднятии и выправки пути //Вестник МИИТа, 2005. Выпуск 12. с. 41-46

57. Трошко И.В. Стенды для испытания механизированного инструмента // Путь и путевое хозяйство 2005. №6. с. 27-28

58. Трошко И.В. Стенды для испытания механизированного инструмента, используемые при поднятии и выправки пути //Путевые машины г. Калуга. 2005.C. 50-55

59. Ковальский В.Ф., Трошко И.В. Стендовые испытания механизированного путевого инструмента // Безопасность движения. МИ-ИТ.2005.Выпуск б.с. Х24-Х26

60. Трошко И.В. Исследование механизированного путевого инструмента в результате всесторонних стендовых испытаний, включая испытания на надёжность и ресурсные испытания // Безопасность движения. МИИТ.2006.Выпуск 7.с. Ill 20-11122

61. Гринчар Н.Г., Трошко И.В. Испытания гидроагрегатов как инструмент обеспечения качества и надёжности //Механизация строительства, 2007. №7. с. 8-11

62. Гринчар Н.Г., Зайцева Н.А., Трошко И.В. О методах выбора плановконтрольных испытаний гидроагрегатов массового выпуска // Механизация строительства , 2007. №9. с.24-25.

63. Гринчар Н.Г., Зайцева Н.А., Трошко И.В. Нормирование показателей надёжности при испытаниях гидроагрегатов // Механизация строительства , 2007. №11. с. 27-29

64. Гринчар Н.Г., Трошко И.В. Определение КПД гидравлического инструмента // Путь и путевое хозяйство, 2007.№5. с .18-19

65. Гринчар Н.Г., Морозов Ю.В., Трошко И.В. Исследование КПД гидроинструмента //Путь и путевое хозяйство, 2009 .№3. с. 32-33

66. Гринчар Н.Г., Морозов Ю.В., Трошко И.В. Метод определения КПД гидравлического инструмента //Механизация строительства, 2009. №7. с.11-14

67. Гринчар Н.Г., Ковальский В.Ф., Трошко И.В. Универсальный стенд для испытания гидравлических домкратов //Путь и путевое хозяйство, 2009. №9. с. 17-18

68. Бугаенко В.М. Путевой механизированный инструмент. Транспорт, 2000.-368 с.