Повышение качества контроля технического состояния токоприемников электрического подвижного состава магистральных железных дорог тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.07, кандидат технических наук Смирнов, Виктор Александрович

• Смирнов, Виктор Александрович
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Смирнов, Виктор Александрович

Введение

1 Анализ технического состояния токоприёмников и способов их диагностирования.

1.1 Факторы, влияющие на надежность работы токоприемников.

1.2 Анализ работы токоприёмников электроподвижного состава на сети железных дорог.

1.3 Стратегии технического обслуживания и ремонта токоприёмников.

1.4 Анализ способов диагностирования токоприёмников.

1.5 Основные направления повышения качества контроля технического состояния токоприёмников.

Выводы.

2 Обоснование структуры и информационного обеспечения многоуровневой системы контроля технического состояния токоприёмников электроподвижного состава.

2.1 Выбор структуры многоуровневой системы контроля технического состояния токоприёмников.

2.2 Информационное обеспечение многоуровневой системы контроля технического состояния токоприёмников.

Выводы.

3 Выбор диагностических параметров и алгоритмы диагностирования токоприемника.

3.1 Диагностирование токоприемника встроенными средствами.

3.2 Диагностирование токоприемника при техническом обслуживании.

3.3 Диагностирование токоприемника при ремонте

Выводы.

4 Разработка технических средств многоуровневой системы контроля токоприемников.

4.1 Диагностирование токоприёмников встроенными средствами.

4.2 Диагностирование токоприемников при техническом обслуживании.

4.3 Контроль технического состояния токоприёмника при ремонте.

Выводы.

5 Экспериментальные исследования элементов многоуровневой системы контроля технического состояния токоприёмников и её технико-экономическая эффективность.

5.1 Экспериментальные исследования технических средств многоуровневой системы контроля токоприёмников.

5.2 Методика оценки технико-экономической эффективности.

5.3 Расчёт технико-экономической эффективности на примере Омского отделения Западно-Сибирской железной дороги.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение качества контроля технического состояния токоприемников электрического подвижного состава магистральных железных дорог»

Актуальность проблемы. Транспортная стратегия России, принятая в декабре 2003 г., наметила направления развития транспортной системы страны, в том числе создание транспортных коридоров «Европа-Азия» и «Север-Юг», в которых основную роль будут играть электрические железные дороги.

Для реализации стратегии намечены ряд крупномасштабных проектов по развитию инфраструктуры железных дорог, модернизации подвижного состава, организации скоростного движения. Согласно Программе развития скоростного и высосокоскоростного движения пассажирских поездов в России протяженность направлений с максимальными скоростями 160 - 200 км/ч до 2010 г. составит 6,7 тыс. км.

Увеличение скоростей движения и массы поездов предъявляют повышенные требования ко всем элементам подвижного состава, в том числе и к токоприёмнику, техническое состояние которого является одним из важнейших факторов надёжности локомотива в целом.

Эффективным способом поддержания требуемой эксплуатационной надёжности токоприёмника является контроль его основных параметров и показателей в эксплуатации, при техническом обслуживании и ремонте. Следовательно, вопросы совершенствования средств контроля и диагностирования токоприёмника остаются актуальными.

Цель работы - повышение качества контроля технического состояния токоприёмников путём автоматизации процессов оценки их параметров и показателей за счёт использования разработанных технических средств контроля и диагностирования при ремонтах и эксплуатации.

Для достижения указанной цели в диссертационной работе поставлены следующие задачи:

1) выполнить анализ отказов токоприемников на сети железных дорог и способов их диагностирования;

2) выбрать параметры и разработать алгоритмы диагностирования токоприемника при использовании по назначению, техническом обслуживании и ремонте;

3) предложить новые методы контроля, технические решения и создать технические средства, позволяющие повысить качество диагностирования путем автоматизации технологических процессов и использования дополнительных диагностических параметров;

4) провести испытания созданных диагностических устройств, на основании которых выполнить оценку адекватности предложенных теоретических моделей и работоспособности средств диагностирования;

5) определить технико-экономическую эффективность использования предложенных технических решений.

Методы исследований. Использован комплексный системный подход к решению задачи контроля технического состояния токоприемников при использовании по назначению, ремонте и техническом обслуживании. Теоретическая часть работы базируется на основополагающих постулатах теории графов, теоретической механики, математической статистики. Экспериментальные исследования проводились в локомотивных депо сети железных дорог.

Научная новизна.

1. Разработана математическая модель токоприемника, позволяющая оценить влияние дефектов и неисправностей на его динамические параметры при подъеме и опускании, представляющая собой систему уравнений газовой динамики, описывающих физические процессы в цилиндре привода и нелинейных дифференциальных уравнений.

2. Предложена граф-модель токоприемника, алгоритм и количественные критерии выбора параметров для диагностирования токоприемника при использовании по назначению.

3. Предложена методика и алгоритм экспресс-диагностирования токоприемников по показателям формы ускорения системы подвижных рам в процессе подъема, опускания и свободных колебаниях.

Новизна предложенных технических решений подтверждена патентами на полезные модели (№ 23280, 33541 и 46455).

Практическая ценность:

1. Предложенная граф-модель токоприемника, алгоритм и критерии ее оценки позволяют выбрать диагностические параметры для устройств встроенной диагностики существующих и перспективных токоприемников.

2. Разработанное устройство диагностирования токоприемника встроенными средствами предназначено для применения в авторегулируемых скоростных токоприемниках, что обеспечит повышение надежности и экономичности токосъема.

3. Предложенная математическая модель токоприемника позволяет рассчитать нормируемые пределы критериев диагностирования по показателям формы динамической характеристики ускорения токоприемника при подъеме, опускании и свободных колебаниях.

4. Разработанные технические средства обеспечивают комплексный многоуровневый контроль технического состояния токоприемников при использовании по назначению, техническом обслуживании и ремонте.

5. Созданные, сертифицированные, вошедшие в отраслевой реестр средств измерений и внедренные в локомотивных депо железных дорог диагностические комплексы позволяют повысить качество контроля технического состояния токоприемников при ремонте и техническом обслуживании.

Достоверность научных положений и результатов диссертационной работы обоснована теоретически и подтверждена экспериментальными исследованиями созданных контрольно-диагностических комплексов в эксплуатации, расхождение теоретических расчетов и экспериментальных результатов не превышает 15 %.

Реализация результатов работы. Внедрено 14 комплексов контроля технического состояния токоприёмников, которые используются в технологических процессах ремонта в 10 локомотивных депо России.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены, обсуждены и одобрены на всероссийской научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта» (Екатеринбург, 2004); на международной научно-технической конференции, посвященной 60-летию Ом-ГТУ, по динамике систем, механизмов и машин (Омск, 2004); на 15-й международной научно-технической конференции «Проблемы развития рельсового транспорта» (Украина, Алушта, 2005); на постоянно-действующем научно-техническом семинаре ОмГУПСа (Омск, 2006).

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 8 печатных работах, которые включают в себя пять статей, три патента РФ на полезную модель.

Заключение диссертации по теме «Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация», Смирнов, Виктор Александрович

Выводы

1. Экспериментальные исследования разработанного комплекса, показали адекватность предложенной математической модели и работоспособность в условиях эксплуатации созданных технических средств, обеспечивающих регистрацию статической характеристики, времени, скорости, ускорения подъёма и опускания токоприёмника, герметичности пневмопривода и других показателей с электронной паспортизацией данных.

2. Оценка технико-экономической эффективности многоуровневой системы контроля токоприёмников рекомендуется по разработанной методике, позволяющей выполнить расчёт инвестиционной привлекательности проекта для различных сочетаний технических средств системы и видов перевозок, тяги и токоприёмников электроподвижного состава.

3. Выполненный расчёт технико-экономической эффективности на примере оснащения локомотивных депо и ПТОЛ Омского отделения ЗападноСибирской дороги, показал эффективность и выгодность проекта: чистый дисконтированный доход составил 4,1 млн. р., срок окупаемости 1,12 года.

Заключение

В процессе решения задач, поставленных в диссертационной работе, получены следующие основные результаты:

1. Выполнен анализ отказов на сети железных дорог и способов диагностирования токоприемников электроподвижного состава, на основании которого установлено, что надежность токоприемников определяется комплексом сложных объективных и субъективных факторов, а наиболее распространенные ручные и автоматизированные диагностические средства не охватывают всех этапов жизненного цикла токоприемника.

2. Показано, что стратегии технического обслуживания и ремонта токоприемников могут быть классифицированы по ряду признаков, позволяющих выбрать оптимальный вариант для конкретных условий эксплуатации, наиболее перспективным из которых является стратегия обслуживания по фактическому состоянию, что связано с обеспечением контроля технического состояния на всех этапах жизненного цикла.

3. Разработана математическая модель токоприемника, представляющая собой систему уравнений, включающую в себя уравнение газовой динамики для стационарного потока, описывающее физические процессы в цилиндре привода, и нелинейные дифференциальные уравнения, позволяющая оценить влияние дефектов и неисправностей элементов токоприемника на его динамические параметры.

4. Создан комплекс технических средств многоуровневой системы контроля токоприемника, включающий в себя устройство встроенной диагностики в эксплуатации на основе многокомпонентных датчиков контактного нажатия, устройство экспресс-диагностирования при техническом обслуживании по показателям ускорения элементов системы подвижных рам при динамических перемещениях токоприемника, стационарные и переносные микропроцессорные средства автоматизированного контроля при ремонте.

5. Проведены теоретические и экспериментальные исследования с использованием разработанного комплекса, которые показали адекватность предложенной математической модели и работоспособность в условиях эксплуатации созданных технических средств, обеспечивающих регистрацию статической характеристики, времени, скорости, ускорения подъема и опускания токоприемника, герметичности пневмопривода и других показателей с электронной паспортизацией данных, при этом установлено, что коэффициент затухания ускорения для исправного токоприемника Т-5 при подъеме находится в диапазоне от 0,08 до 0,12, при свободных колебаний не превышает 0,6, ускорение в диапазоне рабочей высоты при подъеме не более 0,7 м/с , при опускании - не более 0,8 м/с2.

6. Дана технико-экономическая оценка использования предложенного комплекса для конкретного участка железной дороги, на основании которой установлено, что ожидаемый чистый дисконтированный доход составляет 4,1 млн р.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Смирнов, Виктор Александрович, 2007 год

1. Токосъем и токоприемники электроподвижного состава / И.А. Беляев, В.П. Михеев, В.А. Шиян; Под ред. И.А. Беляева. М., 1976. 184 с.

2. Взаимодействие токоприемника и контактной сети в рекордной поездке поезда ICE // Железные дороги мира. 1990. №7.С. 18-23.

3. Купцов Ю.Е. Беседы о токосъеме, его надежности, экономичности, и о путях совершенствования. М., 2001. 256 с.

4. Правила устройства и технической эксплуатации контактной сети электрифицированных железных дорог. ЦЭ-197. М., 1994. 119 с.

5. Воздействие ветра на токоприемники и контактную сеть на насыпях // Локомотив. 2000. №12. С. 41.

6. Исследование аэродинамических свойств токоприёмников подвижного состава и разработка мероприятий по обеспечению их надёжной работы при ветровом воздействии: Отчёт по НИР / Омский ин-т инж. ж.-д. трансп.; Руководитель В.П. Михеев; № 644. Омск, 1974.

7. Купцов Ю.Е. Токосъём зимой //Локомотив. 1999. №1. С.18-19.

8. Анализ системы и организации ремонта электровозов и тепловозов / Беляев В.А., Кабенин Н.Т., Коновалов В.П. и д.р. Научн. тр./ ВНИИЖТ. М., 1988. 207 с.

9. Айзинбуд С.Я., Кельперис П.И. Эксплуатация локомотивов. М., 1980.248 с.

10. Правила текущего ремонта и обслуживания электровозов постоянного тока ЦТ-725. М., 2000.

11. Правила текущего ремонта и технического обслуживания электровозов переменного тока ЦТ-635. М., 1999.

12. Технологическая инструкция по техническому обслуживанию и текущему ремонту токоприёмников отечественных электровозов постоянного и переменного тока ТИ-514.

13. Технологическая инструкция по техническому обслуживанию и текущему ремонту токоприёмников электровозов ЧС2, ЧС2Т, ЧС6, ЧС7, ЧС200 ТИ-699.

14. Обеспечение надёжности и качества токосъёма // Ж.-д. транспорт. Сер. Электроснабжение железных дорог: Экспресс-информация / ЦНИИТЭИ МПС. М., 1992. С. 1-25.

15. Анализ технического состояния электровозного парка по сети железных дорог России за 2003 год. М., 2004. 65 с.

16. Анализ технического состояния электровозного парка по сети железных дорог России за 2004 год. М., 2005. 68 с.

17. Горский А.В., Воробьёв А.А. Оптимизация системы ремонта локомотивов. М., 1994.210 с.

18. Головатый А.Т., Лебедев Ю.А. Техническое обслуживание и ремонт локомотивов за рубежом. М., 1977. 159 с.

19. Надёжность и диагностика систем электроснабжения железных дорог: Учебник для вузов ж/д транспорта / А.В. Ефимов, А.Г. Галкин. М., УМК МПС России, 2000. 512 с.

20. Маслов Г.П., Смирнов В.А. Повышение надёжности работы токоприёмников электроподвижного состава // Динамика систем, механизмов и машин: Материалы V Международной науч.-техн. конф. 16-18 ноября 2004 г. / Омский гос. техн. ун-т. Омск, 2004.

21. Совершенствование узлов и характеристик современных токоприемников: Конспект лекций / В.П. Михеев. Омский ин-т инж. ж.-д. трансп. Омск, 1987. 62с.

22. Михеев В.П., Свешников В.В. Система автоматической диагностики токоприемников (САДТ ОмИИТ) и анализ надежности в эксплуатации их характеристик и параметров // Омский ин-т инж. ж.-д. трансп. Омск, 1979. С. 274280.

23. Михеев В.П., Свешников В.В. Анализ параметров для диагностики параметров токоприёмника в условиях эксплуатации // Энергосбережение электрических железных дорог: Межвузовский тематич. сб. науч. тр. / Омский ин-т инж. ж.-д. трансп. Омск, 1971. С.54-60.

24. Михеев В.П., Свешников В.В. Система автоматической диагностики токоприемников (САДТ ОмИИТ) и анализ надежности в эксплуатации их характеристик и параметров // Омский ин-т инж. ж.-д. трансп. Омск, 1979. С. 274280.

25. Михеев В.Г., Свешников В.В. Система автоматической диагностики состояния токоприемника //Автоматика и телемеханика: Межвузовский тема-тич. сб. науч. тр. / Омский ин-т инж. ж.-д. трансп. Омск, 1971. С.13-19.

26. Михеев В.П. Совершенствование узлов и характеристик современных токоприёмников. Омск, 1987.

27. Михеев В.П, Свешников В.В., Чертков М.Е. Анализ устройств диагностики токоприёмников ЭПС // Вестн. инженеров-электромехаников ж.-д. транспорта / Самар. акад. путей сообщ. Самара, 2003. С. 118-121.

28. А. с. 1364501 СССР, МКИ B60L5/00. Токоприемник с блоком измерения нажатия на контактный провод / В.П. Михеев, А. С. Брюханов, А. Ф. Дро-ботенко, А. 10. Бочаров, К. И. Нуракаев.

29. А. с. 548456 СССР, МКИ В60 L5/00. Устройство автоматической регистрации статической характеристики нажатия токоприёмников/ В.П. Михеев, В.В. Свешников, С.М. Сердинов.

30. Свешников В.В. Устройство для автоматического контроля положения полоза в пространстве // Энергоснабжение электрических железных дорог: Межвузовский тематич. сб. науч. тр. / Омский ин-т инж. ж.-д. трансп. Омск, 1976. С. 18-20.

31. А. с. 442098 СССР, МКИ В60 L5/00. Устройство для проверка частотной характеристики токоприёмника/ В.П. Михеев, В.В. Свешников, С.М. Сер-динов.

32. Свешников В.В. Выбор параметров диагностики для токоприемников высокоскоростного наземного транспорта с нижним и боковым токосъемом // Межвузовский тематич. сб. науч. тр. / Омский ин-т инж. ж.-д. трансп. Омск, 1983. С. 34-38.

33. Вагон-лаборатория нового поколения для испытаний контактной сети // Железные дороги мира. 1998. №12. С. 22 26.

34. Диагностика токоприёмника в эксплуатации по величине отжатия контактного провода // Железные дороги мира. 2004. №1.

35. Тенденции в развитии тягового электроснабжения// Железные дороги мира. 2002. №6.

36. Обеспечение качества токосъема // Железные дороги мира. 2000. №4. С. 44-47.

37. ГОСТ Р 52122-2003. Техническая диагностика. Локомотивы магистральные. Встроенные системы диагностирования. Общие требования. М., 2003.

38. ГОСТ 20911-89. Техническая диагностика. Термины и определения. М., 1990.

39. Техническая диагностика. М., 1972. 355 с.

40. А. с. 829459 СССР, МКИ B60L5/00. Устройство для регистрации отрывов токоприемника /10. Г. Семенов, Е. П. Фигурнов.

41. Исследование дугообразования при отрывах токоприемника// Железные дороги мира. 1990. №11. С. 37.

42. Беляев И.А. Вагоны для испытания контактной сети. «Бюллетень техн. информации» (МПС), 1967, №8.

43. А. с. 1368200 СССР, МКИ В60 L3/12. Устройство определения статического нажатия токоприёмника/ С.Е. Урман, JT.A. Богомолов, А.В. Дроздов, С.В. Воробьёв.

44. Патент на полезную модель № 33541. Россия, МКИ В 60 L 3/12. Бюл. № 30. Устройство для измерения отжатия контактного провода под фиксатором/ Г.П. Маслов, В.А. Смирнов.

45. Тибилов Т.А. Устройство для измерения характеристики статического нажатия // Электрическая и тепловая тяга. 1973. № 12. С.20.

46. Галкин А.Г., Головин М.А., Устройство для снятия характеристики статического нажатия токоприемника // Киев, 1983. С. 52-53.

47. Купцов Ю.Е. Правильно обслуживать токоприёмники // Электрическая и тепловозная тяга. 1983. № 7. С. 16 19; № 8. С. 19-21; №10. С.23-26.

48. Половин М.В. Работа токоприёмника электровоза ЧС2 // Электрическая и тепловозная тяга. 1975. №6. С. 21-22.

49. Дистанционный мониторинг локомотивов в США // Железные дороги мира. 2003. №3.

50. Смирнов В.А. Обеспечение многоуровневого контроля токоприёмников// Вестник Украинского государственного университета им. Владимира Даля. Научный журнал, серия транспорт. №8 (78). 2005.

51. Игнатова А.В., Краснощёкова Т.Н., Смирнов В.Ф. Курс высшей математики / Под ред. проф. П.И. Романовского. М., 1964. 671 с.

52. Карлин С. Математические методы в теории игр, программировании и экономике / пер. с англ. М., 1964.

53. Волков И.К, Зуев С.М., Цветкова Г.М. Случайные процессы: Учеб. для вузов / Под ред. B.C. Зарубина, А.П. Крищенко. М., 2003. 448 с.

54. Зарубин B.C. Математическое моделирование в технике: Учеб. для вузов / Под ред. B.C. Зарубина, А.П. Крищенко. М., 2003. 496 с.

55. Коловский М.З. Динамика машин. J1., 1989.

56. Повх И.Л. Техническая гидромеханика. Л., 1976. 504 с.

57. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. М., 1969. 824 с.

58. Филин А.П. Прикладная механика твёрдого деформируемого тела: Сопротивление материалов с элементами теории сплошных сред и строительной механики. Т. II. М., 1978. 616 с.

59. Спицын Н.А. и д.р. Опоры осей и валов машин и приборов. М., 1970.520 с.

60. Решетов Д.Н., Леликов О.П. Расчёт подшипников качения при переменных нагрузках // Изв. вузов. Сер. «Машиностроение». М., 1984. №12.

61. Подшипниковые узлы современных машин и приборов: Энциклопедический справочник / В.Б. Носов, И.М. Карпухин, Н.Н. Федотов и др.; Под ред. В.Б. Носова. М., 1997.

62. Исследования токосъёма и износа при скоростях до 120-140 км/ч: Отчёт по НИР / Омский ин-т инж. ж.-д. трансп; Руководитель О.И. Позняков; №118. Омск, 1967.

63. Инструкция о порядке работы токоприёмников электроподвижного состава ЦТ-ЦЭ-4134.

64. Беляев И.А., Вологин В.А. Взаимодействие токоприемников и контактной сети. М., 1983.191с.

65. Харламов В.В. Методы и средства диагностирования технического состояния коллекторно-щеточного узла тяговых электродвигателей и других коллекторных машин постоянного тока / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2002. 233 с.

66. Смирнов В.А. Диагностика токоприёмников электроподвижного состава встроенными средствами// Тезисы докладов XXX межвузовской научной конференции студентов и аспирантов / Самарская гос. академия путей сообщения. Самара, 2003. С. 36 37.

67. Свидетельство на полезную модель 23280 Россия, МКИ B60L5/00. Токоприемник с блоком измерения нажатия на контактный провод // Б. И. 2002. №16. Г.П. Маслов, О.А. Сидоров, В.А. Смирнов.

68. Патент на полезную модель 46455 Россия, МКИ B60L5/00. Устройство автоматической диагностики токоприёмников электроподвижного состава / Г.П. Маслов, В.А. Смирнов.

69. Басов Г.Г., Гундарь В.П., Игнатьев O.JL, Романенко О.В. Информационно-аналитическая система диагностирования и управления надёжностью подвижного состава// Локомотив-информ. 2006. №3. С.22-26.

70. Головаш А.Н., Пузырь В.Г. Перспективы внедрения систем управления качеством в локомотиворемонтных производствах // Локомотив-информ. 2006. №3. С.46-48.

71. Головаш А.Н., Молчанов В.В., Молчанов Е.В., Рубежанский П.Н., Смирнов В.А. Автоматизированная система диагностирования электрооборудования электровозов // Контроль. Диагностика. 2005. № 12.

72. Молчанов В.В., Молчанов Е.В., Смирнов В.А. Новые технологии контроля и диагностики электрической аппаратуры подвижного состава // Вестник Украинского государственного университета им. Владимира Даля. Научный журнал, серия транспорт. № 8 (78), 2004.

73. ГОСТ 18322-78. Система технического обслуживания и ремонта техники. Термины и определения. М., 1991.

74. Мишарин А.С. Информатизация важнейшее средство повышения эффективности работы отрасли // Железнодорожный транспорт. №9. 1999. С. 19-23.

75. Барзилович ЕЛО., Каштанов В.А. Организация обслуживания при ограниченной информации о надёжности системы. М., 1975. 280 с.

76. Бешелев С.Д., Гурвич Ф.Г. Математико-статистические методы экспертных оценок. М., 1980.263 с.

77. Купцов Ю.Е., Панфиль JI.C., Волков Н.Н. К оценке ущерба от повреждений контактной сети // Вестник ВНИИ ж.-д. трансп. 1970. №3. С.25-28.

78. Купцов Ю.Е. Снижение пережогов задача общая // Электрическая и тепловозная тяга. 1980. №1. С.36-39.

79. Купцов Ю.Е. Увеличение срока службы контактного провода. М., 1972. 160 с.

80. Хонхо Я. Планирование и контроль капиталовложений. М., 1987.190 с.

81. Савченко Н.Н. Технико-экономический анализ проектных решений. М., 2002.128 с.

82. Методические рекомендации по обоснованию эффективности инноваций на железнодорожном транспорте. М., 1999. 216 с.

83. Стариков Д.Э., Радченко В.И., Сергеев С.А. Экономическая эффективность машин: критерии и методы оценки. М., 1980. 240 с.127