Разработка методики и аппаратно-программного комплекса диагностирования технического состояния электрических цепей электропоездов

Актуальность темы

исследования. В сложившейся экономической ситуации актуальным остается вопрос обеспечения безопасности и бесперебойности функционирования железнодорожного транспорта при одновременном^ повышении качества перевозочного процесса и снижении затрат на поддержание высокого уровня надежности. Учитывая значительную изношенность основных фондов ремонтных производств и подвижного состава, в частности электропоездов, обеспечивающих отправку около 90% пассажиров, а также дефицит высококвалифицированной рабочей силы, особую важность получает повышение качества обслуживания и ремонта, осуществляемого в депо.

Текущий уровень качества обслуживания и ремонта подвижного состава является недостаточным, что подтверждается большим числом скрытых неисправностей, обусловленных отсутствием решения проблемы наблюдения и управления техническим состоянием. Недостаточное качество обслуживания и ремонта является" причиной 80% браков, отказов и повреждений — потенциальных источников аварий и многомиллионных потерь на железнодорожном транспорте.

Таким % образом, задача исследования, разработки иширокого внедрения средств технического диагностирования* сложных, ответственных и наиболее повреждаемых узлов подвижного состава является актуальной и нашла отражение в «Стратегии развитияжелезнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года», утвержденной распоряжением Правительства № 877р от 17 июня 2008 года, и «Функциональной стратегии обеспечения гарантированной безопасности и надежности перевозочного процесса», утвержденной распоряжением ОАО «Российские железные дороги» № 987р от 29 мая 2007 года [183 — 185, 191, 212].

Обладая арсеналом средств, обеспечивающих наблюдаемость и управляемость технического состояния, можно повысить качество ремонтов^ максимально полно использовать заложенный в оборудовании ресурс, снизить издержки и ускорить реконструкцию системы, ремонта подвижного состава железнодорожного транспорта на эффективной ресурсосберегающей основе.

Диссертация выполнялась в соответствии с задачами подпрограммы развития транспортного машиностроения «СибМашТранс» в составе межрегиональной инновационной программы освоения производства высокотехнологичной продукции на предприятиях промышленного комплекса Сибирского Федерального округа «Сибирское машиностроение», утвержденной Советом при полномочном представителе Президента Российской Федерации в Сибирском Федеральном округе, Советом законодателейСибирского Федерального округа и Советом Межрегиональной Ассоциации «Сибирское Соглашение» 14 июля 2008 года, а. также хоздоговорных работ, проводимых ООО НПЩ"Динамика" в 2005 — 2011 гг. в рамках инвестиционных проектов ОАО «Российские железные дороги»: «Дооснащение моторвагонных депо до уровнятехническогорегламента» и «Внедрение ресурсосберегающих технических средств и технологий на железнодорожном транспорте».

Цель работы — повышение: эксплуатационной готовности и производственнойтехнологичности электропоездов' путем разработки и внедрения системы, диагностирования технического состояния цепей управления, силовых и вспомогательных, электрических цепей электропоездов.

Достижениепоставленной цели требует решения следующих задач:

1. Провести: выбор диагностических признаков' неисправностей, исследовать их изменение в зависимости от режимов функционирования электрических цепей электропоездов, выявить режимы, обеспечивающие наибольшую различающую способность неисправностей по* выбранным диагностическим признакам.

2. Разработать математические: модели, устанавливающие связь между внешними воздействиями, диагностическими признаками и дефектами, определяющимитехническое состояние электрических цепей электропоездов.

3. Разработать методику оценки технического состояния электрических цепей электропоездов (методику диагностирования) по выбранным диагностическим, признакам, реализующие методику способы и алгоритмы.

4. Создать, аппаратно-программный комплекс и технологию его применения в технологических циклах ремонта.

5. Провести внедрение результатов работы на предприятиях ОАО «Российские железные дороги», оценить адекватность предложенных моделей и алгоритмов, эффективность применения разработанных методик, средств и технологии в условиях моторвагонных депо.

Объект исследования. Оценка технического состояния электрических цепей электропоездов различных серий на этапе профилактических ремонтов.

Предмет исследования. Закономерности изменения, переменных состояния'(токов, напряжений) при неисправностях в электрических цепях.

Методы исследования. Выбор объекта исследования проведен на основе анализа браков, отказови повреждений подвижного состава. Теоретические исследованияи математическое моделирование основаны на изучении схемотехники и конструктивных особенностей электрических цепей электропоездов с использованием* методов анализа аналоговых и дискретных цепейматематического аппарата* алгебры логики, методов диагностирования дискретных объектов. Анализ режимов функционирования электрических цепей проведен с помощью специализированного программного продукта длямоделирования, дискретных и аналоговых устройств Multisim® компании Electronics Workbench®, а также с помощью разработанных, метрологически аттестованных, сертифицированных и внедренных на предприятиях ОАО «Российские железные дороги» систем КОМПАКС®производства ООО НПЦ «Динамика». Обработка, результатов экспериментальных исследований производилась на ЭВМ с помощью общего и специального программного обеспечения.

Научная новизна работы заключается в следующих результатах:

1. Разработаны математические модели, описывающие связь между вектором воздействий, вектором, диагностических признакови дефектами, определяющими техническое состояние электрических цепей электропоездов.

2. Установлены закономерности изменения диагностических признаков неисправностей, цепей управления, силовых и вспомогательных цепей секций электропоездов в различных режимах функционирования электрических цепей.

3. Предложен принцип совместного функционально-тестового диагностирования, цепейуправления, силовых и вспомогательных электрических цепей электропоездов.

4. Синтезирована база знаний, связывающая отклонения диагностических признаков и неисправности различных элементов электрических цепей электропоездов и включающая в себя рассчитанные значения границ различия технических состояний по каждому диагностическому признаку.

Достоверность и обоснованность положений и выводов подтверждена моделированием на ЭВМ, результатами экспериментальных исследований, проведенных на действующих электропоездах, а также практическим внедрением результатов^ работы на предприятиях ОАО «Российские железные дороги». Расхождение между результатами моделирования и данными натурных экспериментов не превышает 7%.

Практическая ценность работы заключается:

Г. В создании и внедрении системы диагностирования технического состояния цепей управления, силовых и вспомогательных электрических цепей электропоездов, включающей в себя' аппаратно-программный комплекс, позволяющий диагностировать секции' электропоездов 15 серий (ЭР2, ЭР2Р, ЭР2Т, ЭД2, ЭД2Т, ЭД4, ЭД4М, ЭД4МК, ЭТ2, ЭТ2М, ЭР9Т, ЭД9, ЭД9Т, ЭД9М, ЭД9МК), и технологию его применения в технологических циклах ремонта.

2. В повышении' эксплуатационной, готовности и производственной технологичности электропоездов, выражающейся в сокращении количества отказов на линии по причине неисправностей электрических цепей, в снижении количества и сложности операций контроля состояния и наладки оборудования электропоездов более чем в семь раз, в сокращении трудо-, энергои материалоемкости ремонта, обеспечивающих сокращение времени простоя секций электропоездов-на ремонте не менее чем на 30%.

3. Предложенные методики и средства могут быть адаптированы для диагностирования технического состояния электрических цепей электропоездов других серий, а также других сложных технических систем, например, электрических цепей электровозов, тепловозов, подвижного состава метрополитена и городского наземного электрического транспорта.

Реализация' работы. Разработанная методика, реализующие ее алгоритмы и способы, а также аппаратно-программный комплекс диагностирования электрических цепей электропоездов и технология его применения внедрены на ряде предприятий ОАО «Российские железные дороги» в составе системы комплексного диагностирования КОМПАКС®-ЭКСПРЕСС-ТРЗ.

Промышленное использование результатов работы дало эффект не менее 55 тысяч рублей на. одну секцию и обеспечило рост коэффициента эксплуатационной готовности электропоездов с 0,95 до 0,97, что подтверждено материалами внедрения и использования (см. приложение).

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на семинарах и заседаниях кафедры «Подвижной состав электрических железных дорог» Омского государственного университета путей сообщения (ОмГУПС) в 2006 — 2008 гг., ежегодных региональных научно-практических конференциях «Наука. Образование. Бизнес» в г. Омск в 2007 — 2009, 2011 гг., на 8-ой международной конференции «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности», проходившей в г. Москва в 2009 г., на 6-ой международной конференции, «Condition Monitoring and Machinery Failure Prevention Technologies» в г. Дублин (Ирландия) в 2009 г.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 18 печатных работ, в том числе 5 статей в s изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ, получено четыре свидетельства РФ о регистрации программы для' ЭВМ, один, патент нашзобретение.

На защиту выносятся:

1. Принцип совместного функционально-тестового диагностирования, обеспечивающий одновременную оценку состояния цепей управления, силовых и вспомогательных электрических цепей электропоездов, а также реализующие его способы и алгоритмы.

2. Установленные закономерности изменения переменных состояния цепей управления, силовых и вспомогательных цепей секций электропоездов в различных режимах функционирования, электрических цепей* в том числе при наличии неисправностей.

3. Установленные закономерности между отклонениями диагностических признаков и отклонениями параметров технического состояния элементов электрических цепей секций электропоездов различных серий, а также численные значения границ различия технических состояний по каждому диагностическому признаку.

4. Структура диагностического комплекса и технология, обеспечивающие посекционную, автономную, автоматическую оценку состояния одновременно цепей управления, силовых и вспомогательных цепей секций электропоездов 15 серий едиными аппаратно-программными средствами.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов, списка использованных источников из 217 наименований и приложения, содержащего материалы, подтверждающие внедрение. и использования результатов работы. Основной материал изложен на 172 страницах и включает 15 таблиц и 64 рисунка.

7. Результаты работы имеют высокий экономический, технический и социальный эффект, обеспечивают повышение безопасности бесперебойности функционирования железнодорожного транспорта и являются базой для ускоренной реконструкции системы ремонта на безопасной ресурсосберегающей основе.

Автор выражает благодарность кандидату технических наук, техническому директору ООО НПЦ «Динамика» Костюкову Алексею Владимировичу за помощь и поддержку в работе над диссертацией.

— 173.