автореферат диссертации по транспорту, 05.22.01, диссертация на тему:Совершенствование технологических процессов диагностирования тягового подвижного состава работающего на полигоне железных дорог восточных регионов России

Введение.

1. Анализ надежности локомотивов и разработка стратегии создания средств диагностики.

1.1. Анализ влияния надежности локомотивов на эффективность процесса перевозок.

1.2. Обобщенная модель транспортного потока.

1.3. Вероятностная модель диагностирования с использованием оценки коэффициентов качества диагностирования.

1.4. Анализ отказов оборудования локомотивов.

1.4.1. Анализ отказов контакторно - релейной группы электрооборудования локомотива.

1.4.2. Анализ отказов электрических машин постоянного тока на локомотивах.

1.5. Выводы.

2. Анализ и оптимизация технического диагностирования электровозов.

2.1. Теоретические основы технической диагностики.

2.2. Оценка влияния информативных параметров на надежность подвижного состава.

2.3. Принцип модульности и оптимизация номенклатуры модулей.

2.4. Выводы.

3. Требования к аппаратной реализации модулей диагностики.

3.1. Разработка методов измерений необходимых физических величин.

3.1.1. Характеристика методов измерения электрических величин.

3.1.2. Методы измерения электрических величин, применяемые в комплексе «Доктор-ОЗОМ».

3.2. Определение метрологических характеристик модулей, обеспечивающих достоверное определение неисправностей.

3.2.1. Требования к диапазону измерения и погрешности измерения временных интервалов.

3.2.2. Требования к диапазону измерения и погрешности измерения переходного сопротивления.

3.2.3. Требования к диапазону измерения и погрешности измерения индуктивности.

3.2.4. Требования к диапазону измерения и погрешности измерения коэффициента трансформации.

3.2.5. Требования к рабочему напряжению, диапазону измерения и погрешности измерения сопротивления изоляции.

3.2.6. Требования к характеристикам измерителя отклонения сопротивления.

3.3. Алгоритм функционирования аппаратных средств.

3.3.1. Структурная схема комплекса «Доктор-ОЗОМ».

3.3.2. Алгоритм функционирования базового блока.

3.3.3. Алгоритм функционирования модуля URL.

3.3.5. Алгоритм функционирования модуля «Экспресс».

3.3.6. Алгоритм функционирования модуля «Z-метра».

3.4. Анализ возможностей интеллектуализации диагностических систем.

3.5 Выводы.

4. Анализ эффективности технической диагностики на основе комплекса "Доктор-ОЗОМ.

4.1. Общий анализ надежности локомотивов и эффективности диагностических комплексов.

4.2. Анализ неисправностей локомотивов по узлам.

4.3. Общий анализ повышения надежности и эффективности использования диагностического комплекса «Доктор» с помощью коррекции и настройки допустимых пределов оценивания.

4.4 Выводы.

Обоснование актуальности темы. Главным требованием к техническому состоянию локомотивов является обеспечение безопасности движения, высокая эксплутационная надёжность. Эта задача очень сложная, трудно выполнимая в полном объёме. Оборудование локомотивов работает не только в условиях предельного использования его параметров, но на него одновременно воздействует комплекс внешних факторов: вибрации, спектр которых ^ занимает диапазон от 0 до 400 Гц; удары, сообщающие ускорения до (15

20)%; изменения температуры окружающей среды от -50 до +40° С; запылённость атмосферного воздуха, достигающая 40 мг/м3. Каждый из этих факторов может изменяться в любой момент времени, иметь различное значение и повторяться через случайные промежутки времени.

Для оценки эксплуатационной надёжности локомотивов необходима достоверная и систематизированная информация об их техническом состоянии, которая может быть получена в процессе эксплуатации локомотивов в режиме реальных нагрузок.

Для реализации такой задачи необходимо оборудовать каждый локомо-♦ тив бортовой ЭВМ с большим количеством датчиков состояния его элементов. В настоящее время такие работы ведутся, но их широкое распространение сдерживается высокой себестоимостью такой информации. Наиболее выгодным, с экономической точки зрения, является проверка состояния элементов локомотива при заходе его в депо на техническое обслуживание или текущий ремонт.

Определение целей. Для выбора необходимых диагностируемых параметров тягового подвижного состава необходимо также исходить из практической целесообразности. Количество необходимых датчиков а, следовательно, и цена диагностируемого устройства обычно пропорционально числу контролируемых параметров. Измерение ряда параметров требует весьма дорогостоящих или вообще до сих пор, не разработанных первичных преобразователей физических величин. Выбор большого количества показателей, подлежащих контролю (с целью максимального дифференцирования неисправностей различного вида), снижая трудоёмкость ремонта и длительность поиска отказа, в то же время повышает затраты на установку увеличенного количества датчиков. Очевидно, что критерием рациональности выбора параметров измерения, является достижение наибольшей экономической эффективности диагностирования.

Формулировка задачи исследования. Исходя из этих противоречивых требований, проанализируем схему локомотива ВЛ10, выберем наиболее информативные параметры для диагностирования его цепей и требования к диагностическому прибору.

В первую очередь, исходя из условий организации ремонта в депо, диагностический прибор должен быть мобильным, чтобы его можно было использовать на всех ремонтных канавах депо. Стационарные установки, обычно, обслуживают одну или две канавы. Кроме того, для обеспечения безопасности обслуживающего персонала, желательно осуществлять питание диагностического прибора от бортовой сети локомотива.

Схему локомотива ВЛ10 можно условно разбить на механическую, электрическую и пневматическую части. Для мобильного диагностического прибора измерение параметров всех этих частей представляется проблематичным. Поэтому необходимо ограничится какой-либо одной частью.

Согласно статистике порч и отказов в эксплуатации наибольшее количество нареканий приходится на электрическую часть. Поэтому для повышения надёжности работы локомотивов ВЛ10 при эксплуатации и улучшения качества ремонта в депо желателен диагностический прибор для измерения электрической части.

В первом приближении можно увидеть, что электрическая часть локомотива ВЛ10 состоит: а), токоприёмники, подключающие локомотив к контактной сети б), электродвигатели, преобразующие электрическую энергию в механическую в), электромагнитные и электропневматические контакторы, управляющие работой локомотива г), вспомогательные машины, выполняющие сервисные функции

Для контроля электрической аппаратуры наиболее разработанными па раметрами измерений являются: ток, напряжение, индуктивность, ёмкость, сопротивление. На их основе можно построить мобильный и недорогой диагностический прибор для контроля электрических цепей локомотива. Измерением ёмкости можно пренебречь, так как в локомотивах применение конденсаторов ограничивается единицами. Добавим измерение взаимной индук тивности, время включения и время отключения контакторов. Результаты измерения должны выражаться в единицах СИ.

Также должна быть предусмотрена возможность накопления результатов измерений по всем локомотивам для сравнения динамики неисправностей и, если возможно, прогнозирования отказов. Для анализа полученных данных необходимо предусмотреть возможность передачи результатов изме рений в цифровом виде в ЭВМ.

4.4. Выводы

1. Приведена общая вероятностная модель оценки эффективности диагностирования, послужившая основой для настройки модулей комплекса.

2. Приведена статистика по количеству незапланированных отстоев локомотивов как следствия плохого ремонта и эксплуатации. На основе сравнительного анализа показана эффективность диагностических комплексов «Доктор-030».

3. Приведены результаты реального использования комплексов «Доктор-030» при работе ремонтных подразделений локомотивных депо. Доказан положительный эффект при поиске неисправностей диагностическим комплексом.

4. Описаны новые алгоритмы настройки модулей, позволяющие повысить вероятность поиска неисправностей.

5. Заключение

1. Предложена новая модель оценки эффективности систем повышения надежности локомотивов, в том числе систем диагностики, позволившая оценивать качество ремонта и обслуживания подвижного состава.

2. Разработана бинарная модель принятия диагностических решений, на основе которой выведены номограммы качества диагностирования для двух режимов, эксплуатации и ремонта. Номограммы позволили разработать эффективную методику построения диагностических систем.

3. На основе статистического анализа неисправностей локомотивов разработана методика поиска неисправностей с учетом их влияния на общую надежность и интенсивности отказов.

4. Разработан новый метод описания неисправностей бинарного типа и поиска неисправностей методом последовательного логического анализа.

5. Разработана оптимизированная структура микропроцессорной диагностической системы модульного типа с многофункциональными модулями гибкой архитектуры. Предложен алгоритм минимизации функционального состава модулей на основе метода Квайна.

6. Проведено исследование возможностей программирования алгоритмов работы диагностических модулей, нашедшее практические приложения. Разработаны и внедрены алгоритмы настройки модулей.

7. Предложены новые оценки экономической эффективности систем диагностирования, использованные в реальных расчетах. На их основе проведены статистические исследования работы систем диагностирования на практике, доказавшие их эффективность как для локомотивов в целом, так для отдельных узлов.

8. Результаты научных исследований привели к созданию микропроцессорных диагностических автоматизированных систем нового поколения. На настоящее время на железнодорожных линейных предприятиях работает 242 диагностических комплексов «Доктор-ОЗОМ» с подтвержденным департаментом локомотивного хозяйства МПС РФ общим годовым эффектом в 55,281 млн. рублей.

1. Аватков A.A. Оценка информативности контрольных параметров. Сборникнаучных трудов. М.: ВЗИИТ, 1974. 124с.

2. Автоматизация планирования и сопровождения ремонтов подвижного составажелезных дорог: Сб. научн. Трудов / МИИТ, 1998. 216 с.

3. Головаш А.Н., Молчанов В.В., Шахов В.Г. Дискретные задачи техническойдиагностики: алгоритмы и пути решения. Стандартизация метрология сертификация. М.,2003г.,вып.№2. С.24-29.

4. Головаш А.Н., Наговицын B.C. Алгоритм диагностики подвижного состава наоснове графовых моделей. Сб. научн. трудов / УрГУПС, Екатеринбург, 2001.

5. Привалов В.В., Чудаков Ю.К. Диагностическая модель систем управлениялокомотивов и поездов с электрическим приводом. Сборник научных трудов. М.: ВЗИИТ, 1974.-124с.

6. Ахиезер А.И. Общая физика. Электрические и магнитные явления: Справ.пособие. Киев, Наук, думка, 1977.-476 с.

7. Бугаев В.П. Производственно-транспортные задачи развития и размещениявагоноремонтных предприятий: Учеб. пособие. Гомель, 1989.-44 с.

8. Ведомственные нормы технологического проектирования электровозных,тепловозных и моторвагонных депо. Утв. 28.12.1989 г. М., Транспорт, 1992. — 116 с.

9. Волков В.К., Суворов А.Г. Повышение эксплуатационной надежности тяговых двигателей. Москва: «Транспорт», 1988.-128с.

10. Вопросы совершенствования системы ремонтов электроподвижного состава при применении средств и методов технического диагностирования: Сб. научн. трудов / ВНИИЖТ; Под. ред. А.Т. Осяева. М., Транспорт, 1991. 116 с.

11. Вычислительные методы в электродинамике / Под. ред. Р. Митры. М., Мир, 1977.-485 с.

12. Беляев В.П., Исмаилов Ш.К., Сазонов A.B., Шилер В.Г. Влияние настройки коммутации на величину пробега тяговых двигателей. Межвузовский тематический сборник научных трудов. О.: ОмИИТ, 1988. — 74с.

13. Герасимов В.Г., Останин Ю.А., Покровский А.Д. Неразрушающий контроль качества изделий электромагнитными методами. М., Энергия, 1978. — 215 с.

14. Глушаков C.B., Емец С.Н., Ломотько Д.В. Сетевые технологии Windows NT: Учебный укрс., Шеф-ред. C.B. Глушаков. Харьков: Фолио; М.ЮОО «Издательство ACT», 2001.-501 с.

15. Говорков В.А. Электрические и магнитные поля. М., Энергия, 1968. — 467 с.

16. Головаш А.Н. Техническая диагностика основа безопасности транспорта. Железнодорожный транспорт, 2000, №10.

17. Головаш А.Н., Молчанов В.В., Шайдуров Б.А. Бортовая система контроля температурных режимов подшипниковых узлов. Проблемы Транссиба на современном этапе. // Материалы науч.- практической конференции. Новосибирск, 2001.

18. Головаш А.Н., Молчанов В.В., Шахов В.Г. Основные направления интеллектуализации диагностических модулей при аппаратной диагностике локомотивов. Омский научный вестник № 1 (22) 2003 г. С. 75

19. Гроот С.Р., Сатторн Л.Т. Электродинамика. М., Наука, 1982. 560 с.

20. Гутников B.C. Интегральная электроника в измерительных устройствах. 2-е изд., перераб. И доп. - Л.:Энергоавтомиздат. Ленингр. Отделение, 1988. - 304 с

21. Деповский ремонт электровозов переменного тока / Под ред. А.Т. Головатого. М., Транспорт, 1976.-439 с.

22. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. М., Советское радио, 1982.-386 с.

23. Джексон Д. Классическая электродинамика. М., Мир, 1965. 702 с.

24. Измерения в электронике: Справочник/В.А.Кузнецов, В.А. Долгов, В.М. Коневских и др.; Под ред. В.А. Кузнецова. — М.: Энергоатомиздат, 1987. — 512

25. Ильинский A.C., Сленян Г.Л. Колебания и волны в электродинамических системах с потерями. М., Изд. МГУ, 1983. 231 с.

26. Иоффе А.Б. Тяговые электрические машины (теория, конструкция, проектирование), изд. 2-е переработанное и дополненное, М.-Л, :Энергия, 1965, 232 с.

27. Колесников П.М. Введение в нелинейную электродинамику. Минск, "Наука и техника", 1971.-382 с.

28. Комплексная система управления качеством и эффективностью работы локомотивных депо: РД32ЦТ16-84. М., Транспорт, 1986. —223 с.

29. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов. 2 изд. /В.Г. Олифер, H.A. Олифер. СПб.: Питер, 2003. - 864 с.

30. Кошляков Н.С., Глинер З.Б., Смирнов М.М. Основные дифференциальные уравнения математической физики. М., Физматгиз, 1962. 767 с.

31. Красовская С.Н. и др. Текущий ремонт и техническое обслуживание электровозов постоянного тока. М., Транспорт, 1989.-408 с.

32. Кузнецов , Л.А.Пчелинцев. Последовательное обучение систем диагностики. М.: Энергоатомиздат, 1987. — 112с.

33. Лей Р. И «Уайт-Груп». Написание драйверов для MS-DOS: Пер. с англ. — Мир, 1995.- 527 с.

34. Лысенков В.М. Статистическая теория безопасности движения. М., ВИНИТИ РАН, 1999.-325.

35. Матчо Дж., Дэвид Р.Фолкнер. Delphi: Пер. с англ., М.: БИНОМ, 1995.-464 с.

36. Головаш А.Н. Комплекс средств технического контроля и диагностирования подвижного состава. Тез. докладов научн.-техн. конф. Екатеринбург, 2000.

37. Молчанов В.В. Автоматизированная система в локомотивном депо. //Железнодорожный транспорт, 1991. №10. - С. 49-51.

38. Молчанов В.В. Диагностирование электрических цепей локомотива. Международный сб. науч. ст. часть 3.//ОмГУПС. Омск, 2000. С.372-375.

39. Молчанов В.В., Ключ П.Б. МикроЭВМ помогает диагностике. //Электрическая и тепловозная тяга, 1988. №9. - С. 35-36.

40. Молчанов В.В., Молчанов Е.В. Система информационного обеспечения ремонта локомотива. Тез. докл. Материалы VI международной конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения АПЭП 2002» Новосибирск, НГТУ, 2002.

41. Молчанов В.В., Молчанов Е.В., Степанов А.Н. Комплексная цеховая система контроля качества. Тез. докл. Региональной научно-практической конференции. //Зап. Сиб. ж.д. СибГУПС. Новосибирск, 2002.-С. 42.

42. Нейман, Демирчян К.С. Теоретические основы электротехники: Т.З Электричество и магнетизм. М., Высш. школа, 1978.-336 с.

43. Новаку В. Введение в электродинамику. М., Иностранная литература, 1963. 303

44. Нормативно методическая документация по внедрению АСППР в локомотивных депо. — М.: Транспорт, 2000. - 150 с.

45. ОвчаренкО С.М., Четвергов В.А., Молчанов В.В. Автоматизация процесса формирования базы данных по отказам и электронного паспорта локомотива. Тез. докл. научно-практической конференции. //Зап. Сиб. ж.д. ОмГУПС. Омск, 2001. С.111-117.

46. Парселя Э. Электричество и магнетизм / Пер. с англ. М., Наука, 1971. — 448 с.

47. Айвазян С.А., Мхитарян B.C. Прикладная статистика и основы эконометрии. Учебник для вузов. М.: ЮНИТИ, 1998. -1022с.

48. Поливанов K.M. Электродинамика движущихся тел. М., Энергоиздат, 1982. — 192 с.

49. Правила текущего ремонта и технического обслуживания электровозов постоянного тока. М., Транспорт, 2000. 328 с.

50. Правила текущего ремонта и технического обслуживания электровозов постоянного тока. М.: Транспорт, 1980. -240с.

51. Четвергов В.А., Володин А.И., Осяев А.Т., Артюхов В .Я. Принципы построения системы технического обслуживания и текущего ремонта локомотивов с учетом их технического состояния. Межвузовский тематический сборник научных трудов. Омск.: ОмГАПС, 1994. 84с.

52. Правила текущего ремонта электровозов переменного тока. М., Транспорт, 1999.-404 с.

53. Правила технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации. М., Транспорт, 2000. 190 с.

54. Ремонт электроподвижного состава железнодорожного транспорта / Под. ред. А.С.Зенкова. Киев, Техника, 1983. 150 с.

55. Исаев И.П., Матвеевичев А.П., Козлов Л.Г. Ускоренные испытания и прогнозирование надежности электрооборудования локомотивов.

56. Молчанов В.В., Ключ П.Б., Теплов В.И. Переносной диагностический пост. //Электрическая и тепловозная тяга, 1991. №3. - С. 28-29.

57. Правила текущего ремонта и технического обслуживания электровозов. М., Транспорт, 1997. -420 с.

58. Здор А.П., Калявин В.П. Математическая формулировка задач разработки технических средств диагностирования. Межвузовский тематический сборник научных трудов. О.: ОмГАПС, 1994. 84с.

59. Головаш А.Н., Молчанов В.В. Бортовые системы контроля как составляющая безопасности движения поездов. Тез. докл. Материалы VI международной конференции «Безопасность движения поездов» М., 2003г.

60. Ридель Э.Э. Определение сроков профилактики и ремонта контакторов вспомогательных машин и калориферов электровоза ЧС2. Сборник научных трудов. М.: ВЗИИТ, 1974. 124с.

61. Батюшкин Т.К. и др. Технология машиностроения, ремонт и надёжность вагонов. М., Машиностроение, 1990. — 358 с.

62. Технические средства диагностики. Справочник / Под ред. В.В. Клюева. М., Машиностроение, 1989. — 672 с.

63. Рихтер Дж. Windows для профессионалов (программирование в Win 32API для Windows NT 3.5 и Windows95). Пер. с англ. М.: Издательский отдел «Русская редакция» ТОО «Channel Trading Ltd.», 1995г.,720с.

64. Рубенкинг Н. Турбо Паскаль для Windows: В 2-х томах. Т.2. Пер. с англ.-М.:Мир, 1993, 552 с.

65. Рубцов A.A. Управление производством на заводах по ремонту подвижного состава железных дорог. М., Транспорт, 1988. — 262 с.

66. Куликовский K.JI., Купер В.Я. Методы и средства измерений. Учебное пособие для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1986. -448с.

67. Левшина Е.С., Новицкий П.В. Электрические измерения физических величин: (Измерительные преобразователи). Учеб. Пособие для вузов. — Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1983. 320 с.

68. Герасимов В.Г., Клюев В.В., Шатерников В.Е. Методы и приборы электромагнитного контроля промышленных изделий. М., Энергоатомиздат, 1983.-272 с.

69. Молчанов В.В. Использование многофункциональных интеллектуальных модулей для оперативного сбора данных на транспорте. Тез. докл. II международной научно-практической конференции. // ЮРГТУ(НПИ). — Новочеркасск, 2001. С.57-58.

70. Молчанов В.В. Система контроля и диагностики электрических цепей локомотива. Межвуз. сб. науч. ст.// ОмГУПС. Омск, 1997. С.63-67.

71. Скотт Хогдал Дж. Анализ и диагностика компьютерных сетей. Пер. под ред. М.Кузьмина. М.: Лори, 2001. 353 с.

72. Повышение качества ремонта и технического обслуживания подвижного состава: Сб. научн. трудов / ОмИИТ; Под. ред. В.В.Лукина. Омск, 1994. — 86 с.

73. Трушков A.M., Ровкина И.В., Саралидзе К.Д. Определение коммутационной надежности тяговых электродвигателей электровозов ВЛ10 в условиях эксплуатации. Межвузовский тематический сборник научных трудов. О.: ОмИИТ, 1988.-74с.

74. Фаулер М. Рефакторинг: улучшение существующего кода. — Пер. с англ. — СПб:Символ-Плюс, 2003. 432 с.

75. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: в 2-х т. Т 1. Пер. с англ. — Изд. 3-е, стериотип. -М.: Мир, 1986. 598 с.

76. Хофманн Д. Техника измерений и обеспечение качества: справочная книга/ Пер. с нем. под. ред. Л.М. Закса, С.С. Кивилиса. М.: Энергоатомиздат, 1983.-472 с.

77. Мирдель Г. Электрофизика / Пер. с нем. М., Мир, 1972. — 608 с.• 175

78. Шишков А.Д. и др. Организация, планирование и управление производством по ремонту подвижного состава. М., Транспорт, 1997. -343 с.

79. Васильев Ф.П. Методы оптимизации, М: Мир, 1997 824 с.