АНАЛИЗ ПЕРИОДИЧНОСТИ ВЫПОЛНЕНИЯ ПРОФИЛАКТИЧЕСКИХ РАБОТ ПРИ РЕМОНТЕ КОНТАКТОРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ТЕПЛОВОЗОВ

АННОТАЦИЯ

На основании теории надёжности и вероятностей с учётом проведения эксплуатационных испытаний магистральных тепловозов в локомотивном депо Хаваст предложена новая методика, касающаяся периодичности выполнения некоторого объёма ремонтного производства, выполняемого в процессе технического обслуживания и текущего ремонта контакторов для электрического оборудования тепловозов. За критерий оценки технического состояния электрического контакта в эксплуатационных условиях принимается количественная характеристика контактной поверхности в виде величины подгара или оплавления контакторов в зоне их контакта между собой. Показатели периодичности выполнения профилактических работ при ремонте различных контакторов электрического оборудования магистральных тепловозов получены в виде табличных данных с учётом временных рекомендаций по организации их ремонтного производства. Результаты исследования рекомендуются для внедрения в практику работы линейных предприятий локомотивного комплекса Узбекской железной дороги.

ABSTRACT

Based on the theory of reliability and probability, taking into account the performance testing of mainline diesel locomotives at the Havast locomotive depot, a new methodology has been proposed regarding the frequency of performing a certain amount of repair work performed during the maintenance and routine repair of contactors for electrical equipment of diesel locomotives. The criterion for assessing the technical condition of an electrical contact under operating conditions is the quantitative characteristic of the contact surface in the form of the amount of burnt or melting of the contactors in the area of their contact with each other. Indicators of the frequency of technical maintenance during the repair of various types contactors of electrical equipment of mainline diesel locomotives are obtained in the form of tabular data, taking into account temporary recommendations for organizing their repair production. The results of the study are recommended for implementation into the practice of linear enterprises of the locomotive complex of the Uzbek Railway.

Ключевые слова: Метод, локомотивы, оптимальный объем, тепловоз, техническое обслуживание, текущий ремонт, поверхность контакта, наработка агрегата, контактное сопротивление.

Keywords: Method, locomotives, optimal volume, diesel locomotive, technical maintenance, current repairs, contact surface, unit operating time, contact resistance.

Введение

В настоящее время, на кафедре «Локомотивы и локомотивное хозяйство» Ташкентского государственного транспортного университета совместно с казахскими учёными проводятся широкие исследования по повышению эксплуатационной надёжности локомотивов в пути следования подвижного состава с помощью совершенствования системы, технологии и качества их ремонта.

Исследования [1, 2] показывают, что имеются определённые резервы для дальнейшего совершенствования системы технического обслуживания и ремонта локомотивов, реализация которых позволит разработать предложения и рекомендации по выбору научно – обоснованных норм допусков и износов узлов и деталей локомотивов с учётом выполнения рациональных объёмов ремонтного производства при выполнении работ отдельных видов указанного обслуживания и ремонта.

Таким образом, для предприятий локомотивного комплекса железных дорог назрела необходимость и имеется реальная возможность с применением специальных математических методов теории надёжности и вероятностей решать следующие актуальные вопросы по совершенствованию существующей системы ремонтного производства.

1. Обеспечение требуемого уровня надёжности локомотивов путём качественного выполнения технического обслуживания и текущих ремонтов его деталей, узлов и систем.

2. Обоснование оптимальной системы выполнения текущих ремонтов и технического обслуживания.

3. Определение перечня, оптимальной трудоёмкости и последовательности выполнения ремонтного производства локомотивов.

Для реализации сказанного необходима разработка следующих рабочих методик, пригодных для практического использования, а именно:

- определение функциональных связей надёжности механических и электрических агрегатов локомотивов;

- влияние условий эксплуатации на надёжность локомотивов;

- влияние качества ремонта на надёжность локомотивов;

- применение диагностических методов и технических средств для уменьшения времени и повышения качества ремонтного производства.

Постановка задачи исследования

Для изучения системы производства профилактических работ (технического обслуживания) при ремонте контакторов для электрического оборудования тепловозов на Казахской и Узбекской железных дорогах были проведены визуальные исследования за техническим состоянием, характеристикой повреждений и выходом из строя электрических аппаратов.

Анализ работы электрических аппаратов показал, что выполнение существующего перечня работ по текущему содержанию аппаратуры во время эксплуатации (локомотивными бригадами) на технических и профилактических осмотрах приводит к преждевременному износу и разрушению контактов, ухудшению их рабочих параметров. Из-за отсутствия достоверных данных о фактически сроках службы деталей тепловозов производятся многочисленные осмотры и разборки узлов, которые не всегда способствуют улучшению технического состояния локомотива. Выбор номенклатуры текущего ремонта и осмотра осуществляется без учета исследования эксплуатационной надежности каждого для конкретных условий эксплуатации.

В результате этого выполняются частые профилактические работы, повышаются затраты труда и увеличивается стоимость ремонта. В связи с этим установление периодичности профилактических работ, которая обеспечивала бы устойчивую эксплуатацию локомотивов в пределах достаточно длительного периода, является актуальной проблемой.

В основу выбора периодичности проведения профилактических работ электрической аппаратуры положены исследования [3-11] в области теории надежности [12], то есть науки, изучающей закономерности распределения отказов технических устройств и конструкций, причины и модели их возникновения. И, в более широком смысле, теория надёжности изучает методы обеспечения стабильности работы объектов в процессе проектирования, производства, приёмки, транспортировки, эксплуатации и хранения.

Поскольку электрические аппараты тепловоза являются относительно сложными электрическими устройствами, состоящими из совокупности различных элементов, то они имеют несколько регулируемых характеристик (параметров), которые в разной степени влияют на надёжность работы контакторов в эксплуатации.

Однако, среди регулируемых характеристик каждого контактора имеется основная характеристика, изменение которой в эксплуатации вызывает необходимость проведения профилактических работ с целью повышения надежности устройств.

Таким регулируемым параметром контакторов является техническое состояние электрического контакта или контактной поверхности контактов, которое в эксплуатационных условиях определяется величиной подгара или оплавления. Чем больше будет подгар, тем меньше фактическая площадь соприкосновения контактных поверхностей и тем больше контактное сопротивление.

Поэтому за количественную характеристику состояния контактной поверхности (определяющего параметра) принята величина подгара  на площади соприкосновения контактной поверхности.

Во время выполнения профилактических работ основной регулируемый параметр каждого контактора устанавливается равным некоторому номинальному значению  В процессе эксплуатации происходит варьирование характеристик, разрегулирование основного параметра в зависимости от продолжительности времени (срока) работы (Т). Изменение основного эксплуатационного параметра происходит от  до  - критического значения, то есть, когда величина подгара составляет 100 процентов площади соприкосновения контактных поверхностей контактов. Регулируемый параметр является случайной функцией времени  Определив характер случайной функции , можно вычислить закон распределения времени нахождения контакторов в исправном состоянии . Принимая, согласно [12, 13], закон распределения времени исправной работы контакторов нормальным, вычисляются средний срок работы контактора () до появления критического значения основного параметра () и среднеквадратическое отклонение срока работы (). Согласно [14, 15], применяя метод линеаризации функции, приближённо определяются значения  и. Для этого, после установления на текущем ремонте в объёме 1-го вида (ТР1) номинального значения основного параметра  = 0 производились эксплуатационные испытания, заключающиеся в визуальном обследовании исследуемых контакторов с целью определения "качественного" изменения подгара их контактов. Указанные визуальные обследования исследуемых контакторов проводились на 12-ти опытных секциях тепловозов в локомотивном депо Хаваст Узбекской железной дороги.

Чтобы установить строгий контроль в процессе такого исследования и исключить всякое выполнение профилактических работ в период эксплуатации, на опытных тепловозах были запломбированы дугогасительные устройства всех контакторов высоковольтной камеры. По мере постановки опытного тепловоза на техническое обслуживание в объёме 3-го вида (ТО3) дугогасительные камеры распломбировывалисъ и определялись величины подгара  в процентах от всей площади соприкосновения контактной поверхности контактов.

Анализ результата обработки данных визуального обследования исследуемых контакторов для электрооборудования опытных магистральных тепловозов с запломбированными дугогасительными камерами по критерию оценки технического состояния электрического контакта в эксплуатационных условиях показал, что произошло улучшение качества технического состояния контакторов и их работы приблизительно на двадцать три процента [16].

Результаты исследования и их анализ

Если обозначить время работы от первоначального () установления параметра () и пломбирования дугогасительных камер до первого технического обслуживания ТО3 - , а до второго технического обслуживания ТО3 - , и так далее, то в момент времени  величина подгара соответствует значению , в момент времени  -  и так далее.

На основе полученных данных на всех указанных технических обслуживаниях ТО3 определялись средние значения величин  и , а именно:

                                                                                              (1)

                                                                                     (2)

where  - среднее значение определяющего параметра;

  - среднеквадратическое отклонение;

n - число контакторов;

i - номер контактора.

На основании линеаризации средний срок работы контактора без очистки контактной поверхности контактов от подгара определится по такой формуле

                                                              (3)

Среднеквадратическое отклонение параметра  от критического значения  в момент времени  равно

                                                            (4)

Исходя из значений  и  для каждого интервала  работы контакторов определялись методом линеаризации средние значения  и  для каждого типа контакторов.

На основе полученных значений  и  произведен расчет вероятности отказа контакторов в результате образования подгара по следующим формулам [15]:

                                                                         (5)

                                                                               (6)

where  - вероятность отказа контакторов;

 - функция Лапласа;

Т - время исправной работы контактора;

x - нормированная величина времени нормальной работы контактора.

Результаты расчета значений для обоснования периодичности выполнения профилактических работ при ремонте контакторов электрических аппаратов электрического оборудования тепловозов представлены в табл. 1.

Таблица 1.

Показатели периодичности выполнения профилактических работ при ремонте контакторов электрического оборудования тепловозов

Данные, приведенные в табл. 1, показывают, что надёжная работа электрических аппаратов без профилактического осмотра обеспечивается для контакторов П в течение 50 суток, а для контакторов Ш, Б, ВВ, Д, КМН - 90 суток.

Заключение

Проведенные исследования эксплуатационной надежности работы контакторов тепловозов позволяют сделать следующие выводы и предложения.

1. Обоснована методика по определению периодичности выполнения профилактических работ при техническом обслуживании и текущем ремонте контакторов для электрического оборудования тепловозов.

2. Предложен критерий оценки технического состояния электрического контакта в эксплуатационных условиях, которым является количественная характеристика контактной поверхности в виде величины подгара или оплавления контакторов в зоне их взаимодействия (контакта) между собой.

3. Улучшение качества технического состояния и работы исследуемых контакторов в условиях эксплуатации тепловозов будет способствовать уменьшению стоимости технического обслуживания и сокращению служебного (текущего) ремонта исследуемых контакторов, и повышению эксплуатационной надёжности их в пути следования подвижного состава.

4. Численными расчётами и визуальным обследованием исследуемых контакторов доказано, что во время эксплуатации нет необходимости проведения технического обслуживания контакторов локомотивными бригадами и на текущем ремонте первого вида (ТР1), так как, без выполнения профилактических работ обеспечивается вполне достаточная эксплуатационная надёжность контакторов типа КП-504, КПМ-220В в течение 90 суток, а для контактора типа ПК-753Б она составляет 50 суток.

5. В настоящее время, влияние условий эксплуатации (факторов) направлено в основном на исследования, связанные с повышением надёжности отдельных деталей и узлов локомотивов при организации железнодорожных перевозок грузов и пассажиров.

6. Необходимо учитывать указанные факторы (высокие и низкие температуры окружающей среды, величина суточных и сезонных колебаний температур наружного воздуха и давления воздуха, повышенная или пониженная влажность и запылённость воздуха и многие другие) при обосновании периодичности ремонтов и технических обслуживаний с учётом определения номенклатуры ремонтных работ и частоты использования технических средств диагностики, а также при расчёте нормативов расхода запасных частей и материалов.

Список литературы:

1. O. Ablyalimov, (2023). To the substantiation of charge air parameters on different operating modes of diesel engines of diesel locomotives. In E3S Web of Conferences 460, 06010 (2023). DOI: https://doi.org/10.1051/e3sconf/202346006010.
2. O. Ablyalimov, (2023). To the study of 10D100 diesel engines of operating diesel locomotives by the fuel supply advance angle. In E3S Web of Conferences 460, 06013 (2023). DOI: https://doi.org/10.1051/e3sconf/202346006013.
3. Сапожников, В. В., Сапожников Вл. В., Шаманов В. И. Надёжность систем железнодорожной автоматики, телемеханики и связи. - М.: Маршрут, 2003. -263 с.
4. Горелик, A. B. Методы повышения эффективности технического обслуживания систем железнодорожной автоматики // Транспорт: наука, техника, управление. Сборник обзорной информации - М.: ВИНИТИ, - 2002. С. 14-15.
5. Горелик, A. B. Математическая модель для расчета периодичности техобслуживания устройств железнодорожной автоматики // Автоматика, связь, информатика. - 2002. - № 6. - С. 40 - 41.
6. Каменев, А. И., Балуев Н. Н., Адаскин, В. М. Безопасность движения и надежность технических средств // Автоматика, связь, информатика. - 2003. - № 6. - С. 17-25.
7. Тарадин, Н. А. Методы оценки безопасности функционирования систем железнодорожной автоматики и телемеханики: Дисс. на соиск. уч. степени кандидата техн. наук: 05.22.08/ Тарадин Николай Александрович. - М.: МГУПС, 2010.-200с.
8. Неваров, П. А. Методы анализа эффективности функционирования систем железнодорожной автоматики и телемеханики: Дисс. на соиск. уч. степени кандидата техн. наук: 05.22.08/ Неваров Павел Анатольевич. - М.: МГУПС, 2010. - 220 с.
9. Хромушкин, К. Д. Управление надежностью устройств железнодорожной автоматики и телемеханики на всех этапах их жизненного цикла: автореф. дисс. на соиск. уч. степени кандидата техн. наук: 05.13.01/ Хромушкин Константин Дмитриевич. - ИИФ РФ Серпухов - 2011. – 24 с.
10. Шубинский, И. Б., Замышляев, А. М. Основные научные и практические результаты разработки системы УРРАН // Железнодорожный транспорт. -2012. — № 10. - С. 23-28.
11. Журавлёв, И.А. Модели и методы оценки показателей надежности систем железнодорожной автоматики и телемеханики: Дисс. на соиск. уч. степени кандидата техн. наук: 05.22.08 / Журавлёв Илья Александрович. - М.: МГУПС, 2013. – 236 с.
12. Лянденбурский В. В., Иванов А. С., Ширшиков А. С. Основы теории надежности: учеб. пособие. – Пенза: ПГУАС, 2014. – 228 с.
13. Четвергов В. А. Пузанков А. Д. Надежность локомотивов. - М.: Маршрут, 2003. 415 с.
14. Венцель Е.С., Овчаров Л.А. Теория вероятностей и ее инженерные приложения. – 3-е изд., переработанное и доп. – М.: Академия, 2003. – 464 с.
15. Вентцель Е. С. Теория вероятностей: Учеб. для вузов. - 5-е изд. - М.: Высшая школа., 1998. — 576 с.
16. Аблялимов О. С. Оптимизация перевозочной работы локомотивов: вопросы теории, методы, расчеты, результаты / О. С. Аблялимов. – Текст: прямой // Монография / Ташкентский институт инженеров железнодорожного транспорта. – Ташкент: «Complex Print» nashriyoti, 2020. – 488 с.