ТРАНСВУЗ-2015.Часть 1

Ремонт и динамика подвижного состава

тепловозов можно делать вывод об их техническом состоянии и топливной экономичности в эксплуатации.

Список литературы

1.Воротилкин, А. В. Преодолевая трудности / А. В. Воротилкин // Локомотив, 2015. – № 8. – С. 2 – 3.

2.ЦЧУЛ-68. Инструктивные указания «О порядке составления учетных форм по локомотивному хозяйству» / Департамент локомотивного хозяйства. Управление статистики. – М., 1999 г. – 43 с.

3.Распоряжение №696р «О введении в действие норм расхода дизельного топлива на проведение реостатных испытаний тепловозов».

4.Современные подходы к ремонту локомотивов. / ПКБ ЦТ ОАО «РЖД» // Локомотив, 2013. – № 3. – С. 4 – 6.

УДК 629.424.3:621.436

Д. В. Балагин, Р. Ю. Якушин, А. А. Колмаков

АНАЛИЗ УРОВНЯ НАДЕЖНОСТИ ТЕПЛОВОЗОВ

ВПЕРИОД ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА

Встатье с позиций единого жизненного цикла тепловозов, от создания до списания, рассмотрены основные факторы, влияющие на уровень их надежности. Значение этих факторов даст возможность связать математической моделью потенциальный уровень надежности, закладываемый в техническом задании на проектирование новых тепловозов,

сфактической надежностью в конкретных условиях эксплуатации и на этой основе определить оптимальные параметры системы технического обслуживания и ремонта, соответствующие максимальной эффективности использования тепловоза за весь жизненный цикл.

Работа тепловозов осуществляется при различных режимах, что определяет некоторую специфику влияния на требуемый уровень надежности тепловоза и его узлов при их создании, а также фактическую надежность в эксплуатации, обеспечиваемую с помощью системы технического обслуживания и ремонта.

120

ТРАНСВУЗ – 2015

Поэтому на стации проектирования необходимо учитывать требования, предъявляемые к надежности тепловозов при их создании с учетом условий эксплуатации. Изменение потенциального уровня надежности, заложенного при создании тепловозов происходит при их использовании в конкретных условиях эксплуатации под действием внутренних рабочих нагрузок и внешних факторов, свойственных внешней среде на том или ином тяговом участке. Под действием этих факторов в узлах и деталях тепловоза протекают процессы, приводящие к износу, старению материала деталей, разрегулировке взаимодействующих и сопряженных элементов, к снижению, и наконец, к потере работоспособности, т.е. отказу. Изучение – качественный и количественный анализ этих процессов необходимо для эффективного управления надежностью тепловозов на всех этапах их жизненного цикла.

Таким образом, в процессе проектирования, изготовления, испытаний, эксплуатации, технического обслуживания и ремонта необходимы полные и достоверные данные о причинах и последствиях повреждений и отказов.

Надежность является комплексным свойством тепловоза, которое включает в себя безотказность, долговечность и ремонтопригодность, а при хранении в условиях запаса (резерва) – и сохраняемость. Для конкретных типов тепловозов и условий их эксплуатации указанные аспекты надежности могут иметь различные нормируемые и фактические значения их показателей.

Требования, предъявляемые к надежности тепловозов, на стадии создания определяются общими техническими требованиями к магистральным и маневровым тепловозам, уточняются по техническим условиям на конкретный тип тепловоза и подтверждаются «Картой технического уровня и качества продукции» [1].

Значения рабочих параметров при изготовлении должны находиться в установленных границах поля допуска, т.е. уже при изготовлении рабочие параметры не детерминированы, а имеют некоторые распределение, разброс относительно среднего значения.

На потенциальный уровень надежности, заложенный при создании тепловозов оказывают существенное влияние условия эксплуатации и режимы их работы. К основным физическим факторам, влияющим на надежность тепловозов, выявляемую в эксплуатации, относятся:

121

Ремонт и динамика подвижного состава

–степень совершенства конструкции, ее соответствие условиям эксплуатации и режимам работы;

–совершенство технологии изготовления тепловоза и ее строгое соблюдение (качество изготовления);

–климатические условия эксплуатации, параметры внешней среды;

–интенсивность использования, режимы работы, определяемые видом работы (грузовые, маневровые, пассажирские).

Неполный или неправильный учет при проектировании и создании условий и режимов работы в период предстоящей эксплуатации, несоблюдение

вконструкции тепловоза требований ремонта и контролепригодности элементов проявляются при использовании ухудшением безотказности и ремонтопригодности, сокращением долговечности [1].

В комплекс параметров внешней среды, в которой работают тепловозы, входят в следующие погодно-климатические параметры [2]: температура воздуха; атмосферное давление; влажность атмосферного воздуха; запыленность воздуха (содержание абразивных частиц); атмосферные осадки (дождь, снег, роса, иней, гололед).

Важнейшей характеристикой внешних условий является температура с ее сезонным изменением. В табл. 1 приведены данные о распределении времени работы инвентарного парка тепловозов Северо-Кавказской, ЗападноСибирской, Восточно-Сибирской и Забайкальской железных дорог при различных температурах в трех климатических зонах сети железных дорог РФ.

Ремонт и динамика подвижного состава

Низкая температура в холодное время года вызывает возрастание вибрации экипажной части и всего локомотива из-за увеличения жесткости верхнего строения пути. Это отрицательно отражается на работоспособности тяговых электродвигателей и секций радиатора холодильника. В зимнее время возможны попадание внутрь тяговых электродвигателей снега и осаждения влаги на открытых поверхностях изоляции, что приводит к ее увлажнению и ухудшению изоляционных свойств. Условия холодного климата неблагоприятны для тормозной системы тепловоза, стальных конструкций, резиновых муфт.

Влетний период работа тепловозов затруднена из-за частых пылевых бурь. Твердые частицы, содержащиеся в воздухе, вызывают абразивный износ трущихся поверхностей деталей дизеля, тяговых электродвигателей и узловой экипажной части, накапливаются в фильтрах и в оребрении секций холодильника.

Существенное влияние на надежность тепловозов оказывают вид выполняемой работы, интенсивность и режимы работы. Различные виды работы тепловозов характеризуются различным уровнем используемой мощности дизеля, величиной скорости движения, различной частотой переключения позиций и долей времени работы на холостом ходу.

Втабл. 2 показано распределение (%) локомотивного парка по видам выполняемых работ.

124

ТРАНСВУЗ – 2015

Эксплуатационные режимы работы тепловозов, их энергетических установок отличаются большим разнообразием, обусловленным различным видом работы, различной массой поездов, разнообразием параметров пути, скорости, климатических условий. К числу основных режимов работы тепловоз можно отнести установившийся (стационарный) и неустановившийся (нестационарный) режимы. Неустановившийся режим связан с пуском дизеля, набором и сбросом нагрузок при работе на промежуточных позициях.

Известно, что в эксплуатации доля холостого хода дизеля составляет до 50 % общего времени работы тепловоза [2]. При этом дизель используется для привода тормозного компрессора (для поддерживания давления воздуха в тормозной магистрали), вентиляторов охлаждения тяговых электродвигателей и других вспомогательных агрегатов.

В условиях широкого диапазона изменения нагрузок при работе тепловозного дизеля наиболее объективным является показатель величины средней мощности дизеля Nср за определенный период его работы (например, за поездку). Этот показатель аккумулирует в себе все возможные реализации развиваемой мощности с учетом доли времени от общей продолжительности работы.

Для сравнения двигателей различных тепловозов более удобен для оценки степени загрузки коэффициент использования мощности N

Nср ,

N N (1)

ном

где Nср – средняя мощность дизель-генераторной установки, кВт; Nном – номинальная мощность дизель-генераторной установки, кВт.

В табл. 3 приведены данные по дизелю 10Д100, характеризующие зависимость показателей повреждаемости от коэффициента использования мощности и среднего квадратического отклонения мощности VN .

где N – среднее квадратическое отклонение мощности.

125

Ремонт и динамика подвижного состава

Данные табл. 3 иллюстрируют тенденцию понижения надежности (рост параметра потока отказов) при увеличении степени загрузки дизеля N и коэффициента вариации, характеризующего широту диапазона изменения мощности (изменчивость режима работы).

Таблица 3

Показатели режимов и параметр потока отказов

Основная задача системы технического обслуживания и ремонта тепловозов – поддерживать в заданных пределах наработки (срока службы) нормативные значения показателей надежности, установленные техническими условиями на тепловоз. Нарушение положений этой системы повышают вероятность отказов.

В табл. 4 приведено распределение отказов тепловозов (%) по причинам их возникновения. Опыт эксплуатации тепловозов на железных дорогах страны показывает, что для 90 % порч в пути следования и до 70 % неплановых ремонтов обусловлены организационно-техническими факторами. При этом почти все отказы происходят по вине обслуживающего персонала (ремонтников и локомотивных бригад).

Рассмотренные отказы, влияющие на надежность тепловозов на различных этапах жизненного цикла, можно классифицировать с позиции вызывающих их причин. Это помогает уяснить, на какой стадии создания или эксплуатации тепловоза и его комплектующих элементов следует проводить требуемые мероприятия по устранению причин отказов, что необходимо для эффективного управления надежностью.

126

ТРАНСВУЗ – 2015

Таблица 4

Причина порч и неплановых ремонтов

Таким образом, проведенный качественный анализ факторов, влияющих на уровень надежности тепловозов на всех стадиях жизненного цикла (проектирование, создание, эксплуатация и т.д.) дает возможность количественно моделировать процессы ее изменения, что является основой для успешного решения задач повышения их надежности. Только комплексный подход к оптимизации процессов создания, использования и ремонтного обслуживания тепловозов как единого жизненного цикла даст возможность решить проблему повышения эффективности тепловозной тяги в соответствии с современными требованиями ОАО «РЖД».

Список литературы

1.Четвергов, В. А. Анализ факторов, определяющих надежность тепловозов на различных стадиях жизненного цикла [Текст] / В. А. Четвергов, Д. В. Балагин, О. В. Балагин // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. – Омск, 2014. – №4 (20). – С. 72 – 79.

2.Данковцев, В. Т. Техническое обслуживание и ремонт локомотивов [Текст]: учебник / В. Т. Данковцев, В. И. Киселев, В. А. Четвергов; Учебнометодический центр по образованию на железнодорожном транспорте. – М.: УМЦ ЖДТ, 2007. – 557 с.

127

Ремонт и динамика подвижного состава

УДК 629.424.001

А. С. Анисимов, А. В. Будников

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДА МАЛЫХ ОТКЛОНЕНИЙ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ АГРЕГАТОВ

НАДДУВА ТЕПЛОВОЗНЫХ ДИЗЕЛЕЙ

В данной статье рассмотрены вопросы, связанные с работой системы воздухоснабжения тепловозного дизеля. Сформулированы и обоснованы способы связи турбокомпрессоров с дизелем. Рассмотрено наиболее удачное согласование параметров работы дизеля и агрегатов системы наддува. Приведена методика оценки показателей работы системы воздухоснабжения с использованием метода малых отклонений.

Работы по повышению эффективности и модернизации систем воздухоснабжения тепловозных дизелей ведутся специалистами ВНИИЖТа, МИИТа, ОмГУПСа, ДВГУПСа, РГУПСа, СамГАПСа и др.

Одноступенчатая схема наддува системы воздухоснабжения тепловозных дизелей представлена на рис. 1.

Рис. 1. Система воздухоснабжения одноступенчатой системы наддува

128

ТРАНСВУЗ – 2015

Методика расчетно-экспериментального определения режимов совместной работы двигателя и агрегатов турбонаддува, разработанная А. Э. Симсоном, В. Д. Сахаревичем и Л. П. Ефимовой [1], основана на использовании характеристик каждого агрегата в отдельности. Применение такой методики позволяет не только правильно выбрать агрегаты наддува для данного двигателя, но и прогнозировать их характеристики, обеспечивающие наименьший среднеэксплуатационный расход топлива при заданной эксплуатационной характеристике дизеля. Приведем методику определения режимов совместной работы дизеля и агрегатов наддува для случая, когда между ними осуществляется «газовая связь».

Совместная работа всех агрегатов определяется из условия:

где Gв – расход воздуха через компрессор; Gs – расход газа через дизель;

Gг – расход газа через турбину.

Эти величины строго связаны между собой. Обязательными условиями являются равенство мощностей турбины и компрессора, а также частот их вращения, т. е. Nт Nк , nт nк [ 1].

Мощность компрессора выражается уравнением [2]:

где Т 0 – абсолютная температура окружающей среды; πк – степень повышения давления воздуха в компрессоре;

ηк – коэффициент полезного действия (КПД) компрессора.

Для линеаризации выражения (2) и установления связи между относительными изменениями величин, входящих в это уравнение, последовательно прологарифмируем и продифференцируем его

окончательное уравнение мощности компрессора в малых отклонениях:

129