Статистические исследования наземного транспорта. Учебное пособие

-[NUT], когда в течение времени Т испытываются N объектов без их замены или восстановления;

-[NUr] испытания проводятся аналогично плану [NUT], но до накопления r отказов;

-[NUN] дает когда наиболее полную информацию, так как N объектов (изделий) испытывают без их замены или восстановления до отказа каждого из них.

Здесь N – число устанавливаемых на испытания объектов;

U – объекты не восстанавливаются и не заменяются; R – число заменяемых в случае отказа объектов;

M – число восстанавливаемых объектов);

r - число отказов, до накоплении которых испытания продолжают;

T – заданное время проведения испытаний;

9. Испытания локомотивов

Основное назначение испытаний локомотивов – экспериментальное определение эксплуатационных и конструктивных характеристик и свойств основных узлов и локомотивов в целом, а также проверка соответствия полученных характеристик опытного образца заданным техническим условиям.

По результатам испытаний оценивают технический уровень и надежность опытных локомотивов, принимают решения о запуске серии локомотива в массовое производство или продолжении доводочных мероприятий и определяют условия рационального использования данной серии тепловозов на участках, имеющих различные профили пути.

Основу экспериментальной базы ВНИИЖТа составляет Экспериментальное кольцо (ст. Щербинка Московской железной дороги), состоящее из трех замкнутых кольцевых

31

пути, где с 1945 года проводятся всесторонние испытания всех вновь создаваемых серий отечественных локомотивов (тепловозы, электровозы, дизель- и электропоезда, а также автомотрисы и рельсовые автобусы). ВНИИЖТ – Всероссийский научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта, где сосредоточены мощный научный потенциал и экспериментальная база, позволяющие проводить комплексные испытания вновь создаваемого и модернизированного подвижного состава.

Классификация испытаний подвижного состава основана на их разделении по следующим признакам:

а) по назначению:

-предварительные,

-приемочные,

-сертификационные;

б) по способам проведения:

-заводские (стационарные),

-эксплуатационные (линейные); в) по характеру испытаний:

-на моделях,

натурные испытания первого образца, испытания локомотивов серийного производства.

Приемочные испытания представляют собой контрольные испытания опытных образцов или партий локомотивов, проводимые с целью решения вопроса постановки этой серии на массовое производство и использования по назначению. Сертификационные испытания – контрольные испытания локомотивов, проводимые с целью установления соответствия их характеристик и показателей национальным и международным нормативным документам, указанных в Техническом задании. Опытные образцы локомотивов проходят следующие виды испытаний: заводские, тягово-теплотехнические (для

32

тепловозов) или тягово-энергетические (для электровозов), по воздействию на путь, динамические, прочностные, эксплуатационно-ремонтные и тяговоэксплуатационные. При заводских испытаниях в лабораторных условиях на стендах проверяется работа основных узлов и агрегатов локомотива (дизеля, тягового генератора, тяговых электродвигателей, гидропередач, вспомогательных машин и агрегатов). При этом проводятся наладка оборудования, проверка прочности и работоспособности узлов. Электрическое оборудование и элементы ходовой части подвергают ускоренным вибрационным испытаниям, а электронное оборудование – т.н. «тренировочным испытаниям» с целью выбраковки ненадежных элементов перед постановкой на локомотив. Затем заводомизготовителем проводятся контрольно-ходовые испытания локомотива с поездами установленного веса. Тяговотеплотехнические испытания новых конструкций тепловозов, дизель-поездов, автомотрис и рельсовых автобусов проводятся, как правило, на Экспериментальном кольце ВНИИЖТа, а также на специализированном участке Белореченская — Майкоп, т е. в условиях, имитирующих эксплуатационную обстановку на железных дорогах. Такие испытания проводятся в следующих объемах:

-эксплуатационный пробег для магистральных тепловозов с грузовыми или пассажирскими поездами заданного веса не менее 5000 км;

-выполнение маневровой работы на станциях для маневровых тепловозов и газотепловозов не менее 300 ч;

-эксплуатационный пробег для дизель-поездов, автомотрис и рельсовых автобусов без пассажиров не менее

5000 км.

При тягово-теплотехнических испытаниях локомотива устанавливают работоспособность основных узлов, взаимодействие всех его агрегатов и систем, реализацию

33

расчетных номинальных режимов работы в эксплуатационных условиях. При необходимости осуществляют проверку работы отдельных агрегатов и систем.

Испытания локомотивов по воздействию на путь проводятся для экспериментального определения сил взаимодействия между подвижным составом и верхним строением пути и установлению максимально допустимых скоростей, обеспечивающих безопасность движения. Испытания проводятся на прямых участках пути и кривых радиусами 250 — 300 м и 600 — 700 м, а также на стрелочных переводах.

При динамических испытаниях проверяют ходовые качества локомотива, исследуют характер колебаний тележек и кузова, измеряют динамические силы, возникающие в узлах экипажной части при движении с различными скоростями. Для регистрации динамических процессов используют преобразователи механических параметров в электрические, измерительные усилители, магнитографы, электрические фильтры, аналого-цифровые преобразователи, накопители и т.д. Обработка результатов испытаний проводится на ЭВМ.

Прочностные испытания проводят с целью детального исследования механических напряжений в различных частях рам тележек и тепловоза, кузова в статическом состоянии и при движении.

Эксплуатационно-ремонтные испытания проводят в период эксплуатационного пробега локомотивом первых 100 — 150 тыс. км после постройки. Локомотивные депо и участки обращения для эксплуатационно-ремонтных испытаний определяются Департаментом локомотивного хозяйства (ЦТ ОАО РЖД). Испытуемые локомотивы для удобства наблюдений группируются в одном или ограниченном количестве депо. Эксплуатацию опытных

34

тепловозов с поездами установленного веса осуществляют закрепленные локомотивные бригады, прошедшие специальную подготовку.

При испытаниях оценивают показатели безотказности, долговечности и ремонтопригодности, а также степень износа основных узлов, вспомогательных машин и агрегатов и тепловоза или дизель-поезда в целом. Производится оценка трудоемкости ремонта узлов и агрегатов, проверка технологичности ремонта, приспособленности и доступности монтажа и демонтажа узлов, осмотра и технического обслуживания на локомотиве.

К числу показателей надежности, подлежащих определению при эксплуатационно-ремонтных испытаниях магистральных тепловозов, относятся:

-среднее значение параметра потока отказов ω на 106 км пробега;

-назначенный ресурс до первого текущего ремонта в объеме ТРЗ, 103 км пробега;

-удельная суммарная трудоемкость технических обслуживании и ремонтов за наработку до первого ремонта

вобъеме ТРЗ, чел-ч/103 км.

Тягово-эксплуатационные испытания локомотивов проводятся службами локомотивного хозяйства железных дорог с применением тяговоэнергетической лаборатории и (или) динамометрической автосцепки. Основная задача этих испытаний – оценить эффективность использования данной серии локомотива на конкретном участке обращения. В процессе тягово-эксплуатационных испытаний устанавливают: рациональные режимы вождения поездов, условия наиболее полного использования мощности дизеля и сцепного веса локомотива в условиях эксплуатации; проверяют сходимость результатов испытаний и тяговых расчетов, а

35

также определяют расчетный вес поезда для каждого участка обращения; оценивают эффективность работы узлов и агрегатов тепловоза в условиях эксплуатации на конкретном участке железной дороги.

По результатам каждого вида испытания в конструкцию тяговых единиц подвижного состава при необходимости вносят нужные изменения, по завершении испытаний опытные образцы тепловоза, дизельпоезда, автомотрисы или рельсового автобуса запускают в серийное производство.

Важное место в системе ходовых испытаний локомотивов занимают тягово-энергетические лаборатории.

Тягово-энергетические лаборатории, которые пришли на смену динамометрическим вагонам, многие годы применявшимся на сети железных дорог при испытаниях подвижного состава, представляют собой вагонылаборатории, оборудованные всеми необходимыми измерительными и вычислительными средствами для эксплуатационных испытаний локомотивов. Лабораторию выполняют на базе цельнометаллического пассажирского вагона, имеющего автономное питание от двух типовых аккумуляторных батарей, расположенных под полом вагона. Также вагон-лабораторию оборудуют моторгенератором трехфазного тока, который используют как источник переменного тока при испытаниях.

Для измерения продольных сил, возникающих в составе поезда (силы тяги, сопротивления движению, торможения и др.) при его движении, тяговоэнергетическую лабораторию могут оборудовать электрическими или гидравлическими динамометрами.

Принцип действия гидравлических динамометров основан на измерении статического давления рабочей жидкости (смесь глицерина и спирта) в замкнутом объеме.

36

Из различных конструкций гидравлических динамометров практическое применение на динамометрических вагонах старой постройки получили т.н. гидравлические кассетные однокамерные динамометры производства опытного завода ВНИИЖТ МПС. В такой конструкции продольные силы поезда от фрикционного аппарата автосцепки динамометрического вагона через плунжер передаются на диафрагму камеры, заполненной рабочей жидкостью, и вызывают изменение ее статического давления. Данное изменение давления в камере динамометра пропорционально изменению величины динамической силы тяги опытного локомотива, что фиксируется специально отградуированной аппаратурой, и информация передается оператору вагона.

Гидравлические кассетные однокамерные динамометры обладают большой инерционностью, в поездке сложно обеспечить синхронизацию записи мгновенных значений силы тяги и других параметров движения опытного локомотива, измеряемыми электрическими устройствами, что приводит к большим погрешностям результатов испытаний. По этим и ряду других причин современные тягово-энергетические лаборатории оборудуют преимущественно электрическими динамометрами.

В последние годы тягово-энергетические лаборатории оборудуют динамометрическими автосцепками с датчиками, выполняющими функции электрических динамометров. В качестве измерительной аппаратуры применяют проволочные тензометрические датчики, которые специальным клеем наклеивают на отшлифованные стенки хвостовика динамометрической автосцепки.

Принцип действия тензодатчиков основан на свойстве проводниковых и полупроводниковых материалов

37

изменять свое активное электрическое сопротивление при деформации датчика (растяжении или сжатии).

Проволочный тензодатчик (рис. 1, а) представляет собой изолированную проволочную решетку в виде спирали 1, размещенную между двумя слоями специальной тонкой бумаги 2, которая обеспечивает изоляцию решетки датчика от материала автосцепки. Спираль 1 датчика имеет проволочные выводы для подсоединения к измерительным проводам тягово-энергетической лаборатории.

Все тензодатчики соединяют между собой в измерительный мост (мост сопротивления Уитстона), выводы которого присоединены к чувствительному измерительному прибору гальванометру Г. Измерительный мост состоит из четырех резисторов, два из которых образуют внешний полумост из двух плеч, включающий рабочий тензодатчик R и компенсационный RK (см. рис. 1, б), а два других резистора образуют внутренний полумост с постоянными сопротивлениями.

любое мгновенное изменение динамометрической силы тяги на автосцепке опытного тепловоза преобразуется в электрический сигнал определенной величины, который поступает в измерительно-вычислительный комплекс и записывается в режиме текущего времени на магнитные ленты. Синхронно с этим на магнитных лентах ИВК фиксируются показания скоростемера вагона-лаборатории.

Для повышения точности измерений и величины сигналов в каждое плечо измерительного моста динамометрической автосцепки включают не один, а несколько тензодатчиков.

38

10. Гипотеза о законе распределения. Выбор и проверка

Задача нахождения показателей надежности наиболее точно и полно решается при знании закона распределения времени работы изделий до отказа, построенной по результатам наблюдений за работой испытываемой партии изделий. Учитывая, что результаты наблюдений представляют собой случайную величину, то закон их распределения может быть установлен по статистическому ряду, на основании которого строится гистограмма, которая дает возможность выдвинуть гипотезу о законе распределения и затем оценить степень согласованности теоретического и статистического распределений.

Построение гистограммы

1. По реальным результатам (с вычетом систематической погрешности) строится вариационный ряд

– упорядоченная выборка. Результаты в таком ряду располагают в порядке возрастания их числовых значений. При обработке статистики времени безотказной работы изделий вариационный ряд выстраивается в порядке появления отказов (естественным образом).

Для этого ряд разбивается на N интервалов одинаковой ширины h. Число N Можно определить по формуле (21), либо по зависимости:

где n – число опытов (отказов).

39

Построение гистограммы проводим следующим образом. По оси результатов откладываются интервалы значений наблюдаемой случайной величины h, по оси ординат – частости . На каждом основании шириной h строится прямоугольник высотой (см. рис. 2 – сплошная линия.).

Рис. 2. Гистограмма и полигон распределений Ординаты, пропорциональные частостям,

восстановленные в серединах столбцов перпендикулярно оси абсцисс, позволяют построить полигон (рис. 2 – пунктирная линия).

Сопоставление полученного полигона с различными кривыми распределения позволяет выдвинуть гипотезу о законе распределения. Оценка согласованности гипотезы закона распределения с экспериментальными данными при числе наблюдений больше 50 проводится по критерию Пирсона (наиболее применяемый критерий согласия).

Введенная мера χ2 – случайная величина, имеющая распределение Пирсона с числом степеней свободы r = N – 1 – ν. Здесь ν – число параметров, однозначно определяющих данный закон распределения.

Таблицы значений χ2 для различных уровней значимости q = 1 – Pдов приводятся в справочных данных (см. приложение А). Здесь Pдов – доверительная

40