автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему: Оптимизация периодичности и объемов плановых ремонтов ЭПС и прогнозирование его технического состояния
Автореферат диссертации по теме "Оптимизация периодичности и объемов плановых ремонтов ЭПС и прогнозирование его технического состояния"
МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ • Московский ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени институт инженеров яедеэнодсрокного транспорта имени в.Э.Дзержинского
На правах рукописи
• ВОРОБЬЕВ Александр Алексеевич
ОПТИМИЗАЦИЯ ПЕРИОДИЧНОСТИ И ОБЪЕМОВ ПЛАНОВЫХ РЗДОНТОВ ЭПС И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ЕГО ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ
05.22.07 - Подвижной состав железных дорог и тяга поездов
диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук
а выполнена в Ни скоъскок ордена Ленина к ордена Трудового Красного Знакеки институте инженеров яелезнодо-ронногс транспорта и«. С.Э.Лзернинского
иоучний. консультант- доктор технических нацк.профессор ГОРСКИЙ Анатолий Владимирович
Официальное- оппоненти- доктор технических наук,профессор
ТйРТАг'.ОйСКИЯ Эдуард Давидович " ' - доктор технических каик
¡ШИуО?С& Борис Данилович - доктор технических наук.профессор ТЯ5И/1СВ Теймураз ьлександроьич Ведущее предприятие - Управление Юго-восточно/ железной
•• 3 ааита состоится год а б -^^ас.
на заседании специализированного совета- Л 114.05.С5 при Московском институте инженеров келезнодороиного транспорта по адресуг 101475.Москва. й-55.ул. Образцова,15. ауд./^_ . •
С диссертацией моано ознакомиться в библиотеке института.'
Автореферат разослан ,А332 года.
Ст-;нв на автореферат в одном экземпляре,заверенной пе-чатьв просим направлять по адресу сог-га института.
Учений секретарь специализированного совета ОЯЛИППОВ В.Н.
ОБИАЯ ХАРАКТЕРИСГт РАБОТЫ
Актуальность работы. Локомотивное хозяйство, на доли которого приходится около 11,5$? основных фондов и почти 37Й эксплуатационных расходов железных дорог, является одним из важнейлих звеньев железнодорожного транспорта. Из всех эксплуатационных затрат, расходуемых на-локомотивное хозяйство, около 7,3% приходится на техническое обслуживание локомотивов.
3 условиях экономического кризиса первостепенное значение имеот в стране вопросы рационального использования всех видов ресурсов. Поэтому перед работниками локомотивного хозяйства сейчас стоят сложные задачи обеспечения эффективной работы тягового подвижного состава в условиях всеобщего дефицита.
Качество работы локомотивов в основном зависит от уровня их безотказности в эксплуатации. Перебои в работе, порчи с требованием резерва, остановки и задержки в пути следования, вызываемые отказами локомотивов, приводят к снижении эффективности использования железнодорожных линий и большим экономическим потерям.
•Добиться повышения надежности локомэтивов, у^учзения их технико-экономических показателей можно совершенствованием эксплуатации, системы технического обслуживания и ремонта на основе экономических методов управления.
0бз;ей тенденцией в организации технического обслуживания и ремонта (ТОР) локомотивов является стремление уменьшить затраты на их выполнение и достичь более высоких пробегов между ремонтами при условии обеспечения их надежной работы. Для этого необходимо как- можно полнее использовать ресурс деталей и узлов.
Решение этой проблемы должно осуществляться на основе современных научных методов с использованием быстродействующих ЭВМ
для построения оптимальной системы ремонта локомотивов с учетом условий их эксплуатации.
Цель работы - разработка научных принципов построения оптимальной системы ремонта локомотивов на основе анализа переест-рической и непараметрической надежности их оборудования с учетом и прогнозированием фактического технического состояния каждого локомотива. Проведенные исследования включают в себя решение следующих основных задач:
- разработку методов сбора и систематизации информации о надежности оборудования по данным об отказпх в интервалах, усеченных межремонтными наработками локомотивов;
- выбор единого критерия оптимизации межремонтных наработок как кянааиваемых узлов, так и оборудования, для которого не установлены контролируемые параметры, характеризующие его техничес- , кое состояние;
- разработку метода, позволяющего на основе решения интегрального уравнения Зольтерра 2-го рода объединить в одну систему ремонта оборудование, имеющее как параметрические, так и непараметрические отказы; .
- разработку методики и расчет показателей безотказности и долговечности"оборудования и зависимостей их от наработки с учетом параметрических и-непараметрических отказов;
- реализацию предложенных методов цутем построения системы ремонта электровозов ВЛ30К и ВЛ80С, приписанных к депо Лиски Юго-Восточной железной дороги;
- обоснование принципов построения системы технического об-, служивания и ремонта локомотивов с учетом их индивидуального фактического состояния;
- сравнительный анализ адаптивных методов прогнозирэ вания и разработку принципиально новой - марковской модели прогнозирования технического состояния оборудования локомотивов-;
- проведение имитационного эксперимента для анализа использования ресурса оборудования при прогнозировании его технического состояния.
Методика исследования. Решение поставленных задач, предетйз-лшпкх собой единый .методологический комплекс, пополнено на основе численных и вероятностно- статистических методов: теории вероятностей, надежности, проверки статистических гипотез, регрессионного и дисперсионного анализов, динамического программирования и моделирования на Э5.Ч.
Научная новизна результатов заключается в рулении научной
проблем - оптимизации системы ремонта локомотивов, отлнчаяг,ем-ся от ранее выполненных исследований тем, что с единых позиций, на основе решения уятегрального уравнения, методом динамического программирования оптимизируются межремонтные пробеги как изнашиваемого оборудования, так и оборудования, для которого не установлены контролируемые параметры, характеризуемте его техническое состояние.
Разработан метод построения системы ремонта, позволяющий учитывать и прогнозировать техническое состояние каждого локомотива, что существенно улуч-лзет использование ресурса оборудования, не допуская его отказов в эксплуатации.
Достоверность полученных результатов подтверждается:
- большим объемом исходной информации о надежности оборудования электровозов, превышающей необходимые размеры выборок для получения достоверных оценок показателей безотказности;
- совпадением эмпирических функций распределения наработок на отказ и функций распределения ресурса оборудования, рассчитанных различными способами и методами; .
- совпадением результатов расчета показателей безотказности, полученных регенхгм интегрального уравнения численным и аналитическим методами;
. - подтверждением оптимальных структур ремонтного цикла результатами кх опытного внедрения на группе электровозов М80к и ВЯВО.0 депо Лиски Юго-Восточной железной дороги.
Практическое значение результатов. Разработанная в диссер- ■ тационной работе методика является основой для резения практических задач го построению оптимальной системы технического обслуживания и ремонта локомотивов, обеспечивающей их надежную работу -в эксплуатации при наименьших затратах на выполнение пла- • новых и неплановых ремонтов. Принципы и методы, разработанные в .диссертации позволяют 'осуществлять управление техническим состоя-, кием локомотивов на уровне лучших мировых образцов.
Апробация у. реализация работы-. Основные положения к результаты диссертационной работы доложены: на сетевой'школе обмена . опытом по совершенствованию технического обслуживания локомотивов, проведенной в депо Лиски Юго-Восточной ж.д. в 1986 году; на научно-технической конференции "Пути и методы ускорения научно-технического прогресса на метрополитенах страны" (Москва, 1967г.); на Всесоюзной научно-практической конференции с участием специалистов других стран "Проблемы повышения надежности и безопасности технических средств железнодорожного транспорта" (Москва, 1988 г. ); на республиканской конференции "Техническая диагностика и повышение надежности средств транспорта" (Ташкент, 1988г.);
на Всесоюзной научно-технической конференции "Методы к средства диагностирования технических средств железнодорожного транспорта" (Омск, I9d9 г.); на УП Всесоюзной научно-технической конференции "Состояние и перспективы развития электровозостроения в Стране" (Новочеркасск, 1991 г.); на кафедре "Электрическая тяга" ШГа (1983, 1969, 1990', 1991, 1992 гг.). .' .•
В результате опытного внедрения оптимальной структуры ремонтного цикла электровозов Ш160к и EL"60° в депо Лиски определен экономический эффект, который составляет около 600 тыс.рублей в год.
Разработки по систематизации информации о надежности оборудования локомотивов и расчету показателей его безотказности вхлю-чекы в состав "Автоматизированной снсте.каг анализа надежности и расчета оптимальной системы ремонта локомотивов" с экономическим эффектом для одного депо 28 тыс.рублей в год.
Результаты работы используются в учебном процессе в двух методических руководствах к выполнению практических, лабораторных работ и курсового проекта.
Основные положения диссертации изложены в 35 статьях.
Материалы диссертации представлены также в рукописи монографии "Оптимизация системы ремонта локомотивов" и в учебном пособии "Система ремонта ЭПС и ее оптимизация", подготовленных к печати совместно с д.т.н., профессоров Горским А.З.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав текста, заключения и пести приложений. Она содержит 235 страниц машинописного текста, 26 таблиц и 94 рисунка.
Во введении приводится краткое обоснЬваяие актуальности темы диссертации и краткая ее аннотация.
В пегво? главе на основе анализа состояния вопроса сфориули-рованы'цели и задачи исследования.
В напей стране ремонтом техники занято больше людей, чем ее производством. Затраты на ремонт Машины в 6-10 раз превышают ее первоначальную стоимость. Это в полной мере относится и к тяговому подвигаому составу железных дорог. Поэтов проблема совершенство-.вания системы ремонта локомотивов, повышений надегаости их оборудования является актуальной. Больиой вклад в ее решение внесли работы Павлович^ Е.С., Четвергова В.А., Исаева И.П., Горского-A.B., Стрельникова В.Т., Озембловскога В.Ч., Босова A.A., Тар-таковского Э.Д., Подиивалова Н.Б., Риделя Э.З., Козырева В.А., Журавлева С.'f. и других ученых.
Аналогичные исследования проводятся и в других отраслях машиностроения Прониковым Н.С., Лукиным В.П., Токаревым Г.Г., Рябининым И.А., Смирновым U.K., Парамоновым- Ю.М., Соболевым П.П. и другими авторами.
Все научно-исследовательские работы, посвященные совершенствований системы ремонта локомотивов мотао разделить на две группы, в одной из которых оптимизируются межремонтные пробеги отдельного оборудования в рамках существующей структуры ремонтного цикла. Другая группа работ посвящена оптимизации системы ремонта в целом.
В работах, выполненных в ОмЖГе, оптимизация межремонтных пробегов осуществляется на основе анализа непараметрической на- ■ дежности оборудования, т.е. по данным о наработках на отказ^
При этом предполагается известным виц закола их распределения.
В работах, выполненных на кгфедре "Электрическая тяга" МЮТа, оптимизация межремонтных пробегов осуществляется' на основании исследования только параметрической надежности оборудования, подверженного износу и старению.
Ь исследованиях, проведенных в Л^НГГе, определение рациональных, сроков ремонта изнашиваемого оборудования осуществляется на о— новации измерителя наработки - линейного пробега, а оборудования, для которого но установлены контролируемые параметры - по выполненной локомотивом тонно-килоуетровой работе. При расчете рациональной структуры ремонтного цикла используется принцип наибольшего общего кратного. При этом не всегда соблюдается кратность наработок до ремонтов различного объема.
Реферируемая работа является дальнейшим развитием исследований по оптимизации системы техн;гческого обслуживания и ремонта локомотивов. От ранее выполненных работ отливается тем, что впервые, с единых позиций оптимизируются межремонтные пробеги как изнашиваемого оборудозглия, так и оборудования, для которого не установлены контролируете параметры.
Вся совокупность оборудования локомотива разделяется на две характерные группы по оценке его работоспособности. Определение рациональных сроков ремонта оборудования, подверженного износу и старения, осуществляется на основе анализа параметрической надежности. Анализ процессов изменения контролируемых параметров изнашиваемого оборудования позволяет определить вид законов их распределения, рассчитать функция распределения ресурса и соответствующие числовые характеристики.
.Для другой, большей части оборудования, в настоящее время
не установлены контролируемые параметры, позволяющие оценить его техническое состояние. Поэтому невозможно предсказать наступление отказа такого оборудования. В то>:е время на основании данных о наработках на отказ можно определить межремонтные пробеги, после которых, если бы не проводить плановый ремонт оборудования, резко возрастала бы скорость увеличения числа его отказов. Расчет показателей- безотказности такого оборудования осуществляется на основе анализа непараметрической наде:т«ости.
Втопая глава посвящена анализу непараметрической надежности оборудования, выбору критерия оптимизации межремонтных пробегов и расчету оптимальных сроков его ремонта.
В большинстве ранее выполненных работ межремонтные пробеги оборудования локомотивов выбирается такими, чтобы обеспечивалась их надежная работа- при минимуме затрат на техническое обслуживание и ремонт.
Тая, в работах, выполненных в ОмЖТе, целевая функция относительных суммарных затрат в одних случаях выражена через вероятность безотказной работы, а в других оптимизация межремонтных пробегоа осуществляется по критерию, вклпчагацему в себя функцию вос-становления. _ .
При решении задачи в названных работах предполагается известным априори закон распределения наработки на отказ оборудования. Методы оптимизации разработаны для различных зако- ■ нов распределения. '
На йафецре "Электрическая тяга" МИИТа для оптимизации межремонтных пробегов предложена целевая функция, выраженная через . показатель безотказности - параметр потока отказов:
где I. - межремонтная наработка; 0> (£) - функция параметра потока отказов; Сп, Сн - соответственно, затраты на въГполкение планового и непланового ремонтов.
Расчет оптимальных ме.тре:?онтных пробегов оборудования, выполненный при одних и тех *.е исходах данных, но по раз та.: ' критериям оптимизации показал, что результаты совпадают.
Поэтому выбор критерия оптимизации осуществлялся из соображений болео эффективного использования информации о надетно-сти оборудования, которая мотет быть получена в рамках судест-вугцей системы планово-предупредительных ремонтов. Реализованный метремонтныЯ пробег N локомотивов, находящихся под наблюдением в зксплуатации, является величиной случайной, так .как 1гмеет некоторый разброс от значений, регламентированных приказом МПС 26Ц и соответствующим приказом начальника дороги. Поэтому в зксплуатации фактически реализуется план испытаний
По информации о наработках на отказ конкретного оборудования, полученной согласно этог^у плану, невозможно определить вид закона их распределения, так как она многократно усечена справа. Но по такой информации мо*но рассчитать параметр потока отказов:
где д/77 - число отказов з интервале наработки дб \Ы(1>
количество экземпляров оборудования, находящихся под наблюдением на интервале ; Л¿V - наработка £ -го экземпляра в интер-
Систематизированная информация о наработках на отказ при непродолжительном времени наблюдения мотет быть усечена и слева (рисЛ). 3 тоже время за счет объединения информации о надежности локомотивов, имеющих разные наработки от начала наблюдения, могут быть получены представительные Еыборки наработок на отказ, характеризующие весь период наблюдения.
^ • Представление информации об отказах оборудования N____
в масштабе наработки Т7_!_I _
I,- проведение предыдущего планового ремонта; J - проведение последующего планового,ремонта; \7 - начало наблюдения;
Д- конец наблюдения; X - отказ
Расчет параметра потока отказов группированием числа отказов в интервалах наработки (2) может приводить к смещению его оценки..
Поэтому проведены исследования по выбору рационального и аффективного способа расчета параметра потока отказов на основе эмпирической функции распределения наработки на отказ.
Если в.течение рассматртваемого периода наблюдения калдый экземпляр, однотипного ремонтируемого оборудования нз отказывает более одного раза, то процесс восстановления прзхтикэски превращается в процесс без возвращения в оксшуатацип отказавшего оборудования, т.е.
В отом случае для расчета смпирической функции распределения наработки на отказ оборудования локомотивов мсг'но использовать выборки, усеченнее как справа, так и слева:
гдe^i - период, в-течение которого получена информация о наработках на отказ с -го оборудования:
[¿¿-¿Hi при ¿нс> ОJ ¿ос * ii, C^i • jtol при -О; ¿о:
( ia'¿Hi при ¿ы: * о; ¿ос < Ц, ¿hi - наработка до начала наблюдения; ¿ос - заработка по окончании наблюдения.
Если :ге'условие (3) не соблюдается, т.е. каждый экземпляр оборудования мотет иметь два и более отказов за период наблюдения, то для расчета функции распределения мо-.ет быть использована только информация о наработках на отказ, не кмеящзя усечения слева.
Методика расчета показателей безотказности и оптимизации системы ремонта разработана на основе 'статистического материала о наработках на отказ и значениях контролируемых параметров оборудования электровозов КгЯОк и ВТ.-/0е, приписанных к депо Лиски j го—3'">стотл;о Л '-з лез ной дерегп. ('бор s; систематизация пн—
формации осуществлялась в период с 1961 по 1965 годы.
Наблюдение за локомотивами, сбор и систематизация статистической информации осуществлялись в процессе эксплуатации в пределах це^рексктних пробегов, установленных приказом Начальника Гго-ВэсточноЯ железной дороги:
- от капитального ремонта (КР) до текущего ремонта (ТР-3) -450 тыс.юл;
- от Т?-3 до КР - 450 тыс.км;-
- »зт KP-2CKP-I) до КР-ККР-2) - 900 тыс.км;
- от КР-2 до КР-2 - I млн.600 тыс.км.
Эксплуатируемый парк был разделен на четыре группы в зависимости от того, в каком периоде работали электровозы во время наблюдения:
I группагпериод от КР-2 до ТР-3; ' _
П группа: период от- ТР-3 до HP-I;
П группа: период от KP-I До ТР-3;
1У rpynria: период от ТР-3 до КР-2.
Вся совокупность наработок на' отказ систематизирована по видам оборудования и характеру проявления отказов.
Анализ распределения отказов по видам оборудования и характеру их п^я,м<?ния полагал, что наибольшее число, отказов (около 55%) приходится на колесно-моторный блок.
Сравнительный анализ методами теории* статистических гипотез эмпирических функций распределения наработок на отказ одноименного оборудования, полученных для различных межремонтных периодов, полазал, что для большинства типов оборудования соответствующие выборки однородны. Это позволило объединить их в одну и таким образом повысить достоверность оценок показателей безот-
казности. Полученный результат свидетельствует о том, что качество ремонта однотипного оборудования в объеме капитального (КР) и ремонта ТР-3 примерно одинахово. 3 то*е время, например, установлено, что безотказность бандачей колесных пар в период после ТР-3 визе, чем после КР.
По эмпирическим функциям наработок на отказ каждого е'.'.дл.' оборудования решением интегрального уравнения Вольтерра:
рассчитаны значения параметра потока отказ оз. Функция плотности наработки на отказ вычислена по эмпирической функции
" распределения численны.? дифференцированием.
Реиение интегрального уравнения (5) осуществлялось численным методом, которое получено в виде следующей рекуррентной последовательности :
где к. - пат интегрирования, принятый равным I тыс.км.
. Оценка точности численного реления осуществлена сопоставлением результатов решения интегрального уравнения (5) численным (б) и аналитическим методами для нормального закона распределения наработки на отказ. Совпадение результатов расчета оптимальных межремонтных пробегов оборудования, полученных двумя методами при одних и тех те исходных данных, свидетельствует о достаточной точности численного решения.
Значения параметра потока отказов оборудования для рассматриваемых" периодов наблюдения представлены в виде диаграмм(рисI)
Для определения точности расчета параметра потока отказов осуществлялась его оценка на интервалах наработки на основе метода доверительных интервалов. Здесь принято допущение, что частота отказов при небольшом их числе имеет в интервале наработки биномиальное распределение.-
Лля экстраполяции параметра потока отказов в область бо-льщих сн&чекиЯ пробега и определения межремонтного ресурса оборудования эмпирические диаграммы аппроксимированы кусочно— линейнъми функциями методом "скорейаего спуска".
Анализ зависимости параметров потока отказов оборудования • электровозов ЕГ.£0К и ЕЛВ0С показал, что они могут быть разделены на три характерные группы - рис.2.
Первая группа включает оборудование, у которого' параметр потока отказов на всем периоде наблюдения носит приработочный характер (рис.2,а) (изоляция вспомогательных электрических малин, пантографы и листовые рессоры) вплоть до проведения очередного планового ремонта.
Ко второй" группе следует отнеоти коллектор тягового электродвигателя, главный выключатель (рис.2,б) и-перемычки обмоток тягового электродвигателя,.параметр потока отказов которых случайным образом изменяется около некоторого среднего значения. . •
Элементы оборудования третьей группы - изоляция и якорные подлинники тяговых электродвигателей, бандажи колесных пар, шестерни тягового редуктора, ось колесной пары (рис.2,в),бук-
Гчгаметр потоха отказов
а - панттглМ; б - главного вкключагеля; з - колесной пагы
совый узел, фаэорас-;ететель, главный контроллер - имеют уре-лкчивахциЗся характер параметра потока отказов к моменту окончания наблюдения. Для этих узлов имеет место ухудшение технического состояния с увеличением наработки, что является основанием для определения оптимальных сроков проведения их плановых ремонтов.
Целевая функция оптимизации межремонтных пробегов (I) включает в себя затраты на плановые- и неплановые -ремонты. Затраты на плановые ремонты могут быть либо равны, либо больше зат-
рат на плановые ремонты. Определить их величину в настоящее время практически невозможно, так как не ведется учет потерь, вызванных отказом. Поэтому в функцию суммарных удельных затрат вводится целочисленное соотношение затрат на плановые и неплановые* ремонты . В этом случае целевая функция (I) пропорциональна функции суммарного удельного приведенного числа ■ремонтов:
по которой определены оптимальные межремонтные пробеги оборудо-не
вания.^Икепдего контролируемых параметров.
При К = I средние значения оптимальных межремонтных пробегов розничного оборудования, параметр потока отказов которого увеличивается, изменяются в широких пределах - от 840 до 3300 тыс.км. .-
В третьей главе рассчитаны функции распределения ресурса оборудования электровозов ЕЛБ0к и ВЛ80С, приписанных к локомо- ' тивному депо Лиски, для которого установлены контролируемые параметры, характеризующие его работоспособность, и опрёделены оптимальные межремонтные пробеги до плановых ремонтов этого '
На основе анализа процессов изменения контролируемых параметров: проката и толщины бандажей колесных пар; радиального зазора моторко-осевых подщппников (1/ОП); толщины зубьев шестерни тяговых редукторов; выработки коллекторов тяговых электродвигателей (ТЭД) определены законы их распределения и число- . • вые характеристики. Рассчитаны параметры зависимостей от про-* бега числовых характеристик, функции распределения и плотности распределения ресурса соответствующих узлов. По функции плотности распределения решением интегрального уравнения численным методом (б) определены завис;мости от наработки параметра потока отказов. Графики этих зависимостей ш(б) имея? характерный колеблющийся вид с затуханием, типичный для оборудования, подверженного износу и старению.
Оптимальные межремонтные пробеги изназиваемого оборудования рассчитаны по (7) при различных соотноаениях затрат на плановые и неплановые ремонты К.
Разработанные методы и алгоритмы позволяя? рассчитызать ■ оптимальные сроки плановых ремонтов оборудования при любых законах распределения контролируемых параметров и различных зависимостях от наработки их числовых характеристик.
.Расчет функций распределения ресурса был осуществлен также по модели накапливающихся повреждений. Параметры этой модели использованы в главе 5 для расчета"прогнозных значений контролируемых параметров изнапиваемзго оборудования.
.Для части оборудования приели как.параметрические, так и непараметрические отказы. Причем скорость наступления последних возрастает с увеличением степени износа соответствующего
узла. Сб этом свидетельствует увеличивающийся характер параметра потока, отказов бандажей колесных пар и малых сестерен. Это является признаком релаксации при их изнашивании. Поэтому для расчета показателей безотказности бснда-ей колесных пар и малых пестерей использована модель отказов с релаксацией.
Согласно этой модели деталь (узел) мо.гет находиться в одном из двух состояний: работоспособном или неработоспособном. При изменении контролируемого параметра X в -границах поля допуски деталь остается в работоспособном состоянии. При накоплении £ единичных повреждений и выходе параметра- X. за допуск происходит отказ детали и переход ее в неработо-
способное состояние. По море накопления единичных износовых повреждений увеличивается вероятность отказа мс-тали, -который когкет такхе произойти на каждом уровне.
Вероятность безотказней работы с учетом параметрических и •].!епараметр:1ческих отказов детали определяется как:
Расчет параметрической функции распределения.ресурса осуществлен по модели накапливавшихся повреждений, параметры которой являются исходными для модели отказов с релаксацией, функция распределения наработки на отказ
найдена 'по модели .отказов с релаксацией-решением системы уравнений состояний, характеризующей марковский процесс, который описывает функционирование детали'(узла):
где Я - параметр модели накапливающихся повреждений, характеризующий интенсивность единичных повреждений; <*• - интен-
сивность непараметрических отказов при t = 0; о^ -параметр изменения интенсивности отказов при увеличении числа единичных повреждений К.
По суммарной функции распределения наработки на отказ решением интегрального уравнения (5) определен суммарный параметр потока отказов.
На основании зависимостей от наработки параметра потока • ' отказов рассчитаны оптимальные межремонтные пробеги бандажей колесных пар и малых пестерен с учетом их параметрических и непараметрических отказов.
Оптимальные межремонтные пробеги изнашиваемого оборудования определены для соответствуязих пределов доверительных границ функций распределения ресурса (параметров потока отказов). Их средние значения приведены в таблице:
Наименование ■ Обточка ремонтной опеопш'и ; пао Смена ! Смена вкладышей ! бандажей МОП колесных I пао Смена шестерни тягового оед'/хтосг; Обточка коллекторов тэд
Серия ' электоовоза с АЛ 50 йЛ50* е>л$0с 6Л£С дЛЯУ4 вЛ5'0"г ЙЛ5О'
СпедниЯ опти- | 77 мальный межое-1 монтный пробег ¿в ,тыс.км 1 со 2£5 221 МО 5сб КО 1030 ?0о 6С5
разработанные методы учета двух видов отказов позволили решить.ряд практических задач.
Так, в процессе эксплуатации электровозов с ростом наработки и уменьшением толщины бандажей увеличивается вероятность пробоя кожухов тяговой передачи,а, соотве'тственно, и вероятность ее отказа.■ Анализ размерной цепи кинематической связи "редуктор-колесная парп-верхнее строение пути" показывает, что величину заэорп -иг-ом кожухп '>'■ предметами, находящимися внутри
р-.-лысого.': ко.-.!-4/, г» лп^-тл.-"?т тзлщгна Сгндзжей
колесных пар и величина возвышения над головкой рельса предметов, находящихся внутри рельсовой колеи. Методом моделирования на КЗ', размерной цепи осуществлен расчет -оптимальных пробегов до сменк бандатей колесных пар, при которых обеспечивается целостность кожухов.
Установлено, что наличие посторонних предметов (например, наледи на переходных переходах) внутри рельсовой колеи, нару-па.'х"их габарит приближения строений, приводит к недоиспользованию ресурса бандау.ей колесных пар на 100-150 тыс.км.
Четзег/гая глава - посвящена резенио задачи построения оптимальной структуры ремонтного цикла, при которой обеспечиваются • наименьшие затраты на выполнение плановых и неплановых ремон-. тов. В отличие от ранее выполненных на кафедре "Электрическая тяга1' !.'!С'Та работ, посвященных оптимизации системы ремонта локомотивов на основе гамма-процентных ресурсов, в данной работе исходных! для расчета являются функции суммарных удельных затрат на ремонт отдельного оборудования и их оптимальные межремонтные пробеги. .
Критерием о'птимальности системы ремонта локомотивов является минимальное значение функционала, определенного на ыно-. жестве функций суммарных. удельных затрат на восстановление работоспособности отдельныхэлементов оборудования:
Оптимизация целевой функции (10) осуществляется методом ■ ' динамического программирования при условии кратности межремонтных пробегов до ремонтов различного объема <2^- = £ Л-/]!
Основное функциональное уравнение динамического программирования имеет вид:
где (£<*;/- значение функции минимальных сварных удельных затрат на восстановление всех узлов от (К+1)-го по Л^-ыЯ; О**) - область возможных значений межремонтных пробегов (К+1)-го узла.
Реализация метода динамического программирования для определения оптимальной стратегии восстановоения при базовом пробеге' I. в 50 тыс.км проиллюстрирована на рис.3 на примере трех ремонтных операций: I - обточка бандажей колесных пар; 2 - смена вхладьшей моторно-осевых подзипнихов; 3 - смена бандажей колесных пар.
Оптимальной стратегией выполнения 1-й, 2-й и 3-Я ремонтных операций будет: ¿г = 50 тыс.км; » 250 тыс.км; ¿з = 500 тыс. км.
Для получения оптимальной системы ремонта необходимо повторить вычисления во всем диапазоне изменения базового пробега с шагом I тыс.км.
На основании изложенных в диссертации принципов расчета структуры ремонтного цикла разработан алгоритм, реализованный в виде программы для ЭВМ ьС-1055. ,
Оптимальные структуры ремонтного цикла, которым соответствует минимум суммарных удельных затрат на выполнение плановых и неплановых ремонтов электровозов ВЛ60К и ВЛ60С рассчитывались на основе параметра потока отказов не только изназиваемого оборудования, но и оборудования, для которого не устано&пены контролируемые параметры, но скорость увеличения числа отказов которого возрастает с увеличением наработки.
Чтобы оценить устойчивость результатов, расчеты осуществлены
для каждого отдельного оборудования при верхнем , сродном и нижнем уровнях доверительного интервала параметра потока отказов, входящего в фикцию (7).
Анализ оптимальных структур ремонтного цикла показав, что
в пределах доверительных границ схемы чередования ремонтов
практически не изменяются, а несколько Меняется только вели чина межремонтных пробегов.
Функции суммарных удельных затрат и оптимальные структуры ремонтного цикла электровозов BJI80K и ВЛ80С, соответствующие средним уровням доверительного интервала параметра потока отказов приведены, соответственно, на рис.4 и о.
Суммарные удельные затраты на выполнение плановых ?* л//—, и неплановых ремонтов электроволов гз
'¿о *о 7о JO /О /СО fío /Пл/С.лл/.
Межремонтные пробеги к схема чередования деповских ремонтов в основном определяются ресурсом изнашиваемого оборудования".
Межремонтные пробеги оборудования в структуре ремонтного • цикла, рассчитанной-для электровоза ЕЛЬ0К по 90%-ым ресурсам, меньше соответствующих пробегов в структуре, рассчитанной по минимуму функции суммарных удельных затрат на плановые и неплановые ремонты. Это обусловлено жестким ограничением межремонтных пробегов соответствующих узлов величиной гамма-процентного
Структуры ремонтного цикла электроводов
I - обтбчка бандажей колесных пар; 2 - смена вкладышей котор-но-осеБых пот-'ипников; 3 - смена .бандажей колесных пар; 4 -обточка коллекторов тяговых редукторов; 5 - смена шестерен тяговых редукторов; 6 - ремонт главных контроллеров; 7 -ремонт фазорасщепителей; о - пропитка изоляции ТЭД; 9 - смена якорных подшипников; 10 - ремонт буксовых узлов.
При расчете структуры ремонтного цикла по минимуму суммарных удельных затрат на плановые и неплановые ремонты, оптимальному• пробегу каждого узла (агрегата) соответствуют и оптимальные'' значения вероятностей безотказной работы, при которых обеспечивается минимум целевой функции. Эти вероятности, которые для различных узлов электровозов ВЛйОк и ВЛ;30С изменяются з пределах от 0,67 до 0,99, зависят от величины затрат на выполнение плановых ремонтов, от соотношения затрат на плановые и неплановые ремонты и от интенсивности роста параметра потока отказов с увеличением наработки,оборудования. Поэтому методика расчета опти-
мальной структуры,ремонтного цикла, обеспечивающая надежную работу локомотива'при наименьших затратах на плановые и неплановые ремонты, отличается комплексным подходом к рсжни'о задачи.
В тоже время структура ремонтного цикла строится на основании интегральной оценки информации о надежности всех локомотивов конкретной серии в рассматриваемых условиях эксплуатации. Каждый же локомотив имеет свои характерные особенности. Поэтому система ремонтов должна быть индивидуализирована для конкретного локомотива, т.е. она должна учитывать его фактическое состояние.