Обоснование параметров системы планово-предупредительного ремонта тяговых электродвигателей, выработавших заданный ресурс тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.07, кандидат технических наук Водолазов, Владимир Николаевич

• Водолазов, Владимир Николаевич
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Водолазов, Владимир Николаевич

Введение.

1. Состояние эксплуатационной надежности тяговых электродвигателей и пути ее решения.

1.1. Актуальность задачи.

1.2. Методика оценки надежности систем электрооборудования в процессе эксплуатации.

1.3. Анализ методов исследования надежности технических систем.

1.3.1. Вероятностно-статистические методы оценки надежности технических систем.

1.3.2. Физико-статистические методы оценки надежности технических систем.

Выводы.

2. Разработка и исследование математической модели надежности тягового электродвигателя на основе свойств конструкции.

2.1. Классификация элементов тягового электродвигателя как сложной технической системы.

2.2. Методика формирования структурных схем и математических моделей системы.

2.3. Оценка параметров постулируемых законов распределения постепенных отказов деталей в процессе эксплуатации.

2.4. Методика определения рациональных уровней надежности элементов при различных законах их распределения.

2.4.1. Экспоненциальное распределение надежности внезапных отказов элементов системы.

2.4.2. Нормальное распределение постепенных отказов элементов системы.

2.4.3. Усеченно-нормальное распределение отказов элементов системы.

Выводы.

3. Исследование эксплуатационной надежности элементов и узлов тягового электродвигателя.

3.1. Оценка надежности коллекторов по величине их износа в эксплуатации.

3.2. Оценка надежности коллектора по величине его деформации в эксплуатации.

3.3. Оценка надежности электрощеток по величине их износа в эксплуатации.

3.4. Анализ факторов нагружения тяговых электродвигателей в процессе эксплуатации.

3.5. Оценка надежности изоляции тягового электродвигателя в эксплуатации.

Выводы.

4. Разработка структурных моделей системы технического обслуживания и ремонта.

4.1. Общая оценка планово-предупредительной системы эксплуатационного обслуживания подвижного состава городского электротранспорта.

4.2. Составление структурных моделей системы технического обслуживания и ремонта.

4.3. Расчет и корректировка параметров системы технического обслуживания тяговых электродвигателей 105 4.4. Экспериментальная проверка положений разработанной системы обслуживания в эксплуатации.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование параметров системы планово-предупредительного ремонта тяговых электродвигателей, выработавших заданный ресурс»

Актуальность темы заключается в обеспечении безотказной работы тяговых электродвигателей подвижного состава городского электротранспорта путем адекватной оценки параметров их надежности в условиях постоянного роста удельных нагрузок.

Анализ работы ТЭД подвижного состава, имеющих выработанный ресурс, свидетельствует, что эксплутационные затраты на ремонт и профилактическое обслуживание превышают на 15-20 % установленные нормативы и имеют тенденцию к увеличению. Уровень износа элементов силового оборудования значительно превышает установленный, а сроки и объемы технических обслуживаний и ремонтов остаются неизменными, что приводит к увеличению числа отказов в пути следования и общему росту интенсивности отказов.

Цель и задачи исследования. Целью диссертации является разработка расчетно-экспериментальных методов оценки показателей надежности тяговых электродвигателей, выработавших заданный ресурс, и определение на этой основе характеристик технического обслуживания и ремонтов в системе планово-предупредительного ремонта подвижного состава городского электротранспорта.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие научно-технические задачи:

1. Разработать и исследовать структурно-функциональные модели надежности узлов на основе анализа параметров конструкций тяговых электродвигателей, а также их электрических и магнитных систем.

2. Разработать аналитический метод моделирования сложных объектов, учитывающий межэлементные функциональные связи и пространственные характеристики.

3. Разработать математическое и алгоритмическое обеспечение оценки надежности элементов ТЭД в условиях эксплуатации.

4. Разработать методику определения параметров системы технического обслуживания и ремонта тяговых электродвигателей, выработавших заданный ресурс, позволяющую обоснованно продлить сроки эксплуатации ТЭД.

На защиту выносятся:

1. Аналитический метод расчета надежности тяговых электродвигателей, учитывающий функциональные связи между узлами и факторы нагружения.

2. Математическая модель, отражающая взаимосвязь факторов нагружения и их влияние на надежность тяговых электродвигателей.

3. Методика определения сроков и объемов технического обслуживания и ремонта тяговых электродвигателей в условиях, когда выработан полностью заданный ресурс подвижного состава.

Объектом исследования являются тяговые электродвигатели ТЭ-022, ТЭ-023.

Методы исследования. Теоретические исследования проводились с использованием методов математической статистики, математического моделирования, теории вероятностей, прогнозирования и оптимизации, а также на основании анализа и обобщения сведений, приведенных в научно-технической литературе.

Научная новизна работы. Впервые предложены: 1) метод формирования структурно-функциональных моделей ТЭД на основе свойств конструкции, магнитных и электрических цепей; 2) математические модели вероятности отказа элементов ТЭД, позволяющие получить несмещенные и состоятельные оценки параметров эксплуатационной надежности; 3) методика расчета межремонтных сроков и объемов профилактического и ремонтного обслуживания ТЭД, выработавших заданный ресурс.

Практическая ценность. Результаты исследований были использованы при разработке Министерством транспорта Российской Федерации «Типовой системы технического обслуживания и ремонта городского электротранспорта (Р-11325455-2505-01) и руководящего документа (РД 29381702-101698) «Порядок продления срока эксплуатации подвижного состава сверх амортизационного ресурса в предприятиях городского электротранспорта».

Разработанные математические модели позволяют на этапе проектирования ТЭД устанавливать расчетным путем оптимальные параметры планово-предупредительной системы технического обслуживания и ремонта.

Апробация работы. Основные положения диссертации и отдельные ее разделы докладывались, обсуждались на: 1 Международной научно-технической конференции

Электромеханические и электромагнитные преобразователи энергии и управляемые электромеханические системы» (государственный технический университет, г. Екатеринбург, 2003 г.; 2)VII международном симпозиуме «Электромеханика 2010» «Перспективные виды электротехнического оборудования для передачи и распределения электроэнергии» (государственное унитарное предприятие «Всероссийский электротехнический институт, г. Москва, 2003г.); 3) четвертой Российской научно-технической конференции «Энергосбережение в городском хозяйстве, энергетике, промышленности» (г. Ульяновск, 2003 г.); 4) всероссийском совещании работников городского транспорта по использованию современного подвижного состава (г, Москва, 2003 г.); на научно-техническом совете МП ТТУ (г. Самара, 2003 г.).

Реализация результатов работы. На основании проведенных исследований получены параметры системы планово-предупредительного ремонта трамваев в условиях их эксплуатации в муниципальном предприятии «Трамвайно-троллейбусное управление» (МП ТТУ) г. Самары.

Разработанные методы моделирования и расчета параметров системы планово - предупредительного ремонта ТЭД используются в учебном процессе на филиале кафедры «Городской муниципальный общественный транспорт» СамГАПС на базе МП ТТУ г. Самары.

Публикации по теме: по материалам диссертации опубликовано 5 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, изложенных на 119 страницах, в том числе 27 рисунков, 2 таблиц и списка литературы, включающего 93 наименования. Общий объем диссертации - 127 страниц.

Заключение диссертации по теме «Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация», Водолазов, Владимир Николаевич

Результаты исследования позволили расчетным путем установить рациональную систему ТО и ремонта ТЭД.

Основными факторами, влияющими на безотказность систем ПС являются: квалификация обслуживающего персонала, уровень технологического оснащения ремонтных служб депо; внешние факторы (состояние путей, контактных сетей; характеристики системы электроснабжения и др.).

Проведена экспериментальная проверка принятой системы ТО и ремонта, на основании которой можно корректировать принятые на основании аналитических исследований нормы.

Введение в систему ремонта - текущего и капитального видов ремонта, позволило упростить технологию ремонта. Объем ремонта определяется руководством, которое устанавливает основные положения и определяет порядок, организацию, перечень и объем работ при текущем и капитальном ремонтах трамвайных вагонов, по восстановлению деталей электрического оборудования. Капитальный ремонт должен производится на специализированных заводах. Однако из-за отсутствия средств этот вид ремонта производится в условиях депо.

При этом, безусловно, должны выполнятся нормы пробегов, допуски, а также выполняются условия инструкций, требования стандартов, соблюдаются указания приведенные в чертежах и т.д.

Определение структурной Определение Rj

Рис.4.7. Алгоритм оценки интенсивности отказов и ресурса элементов тягового электродвигателя.

Заключение

В диссертационной работе в результате выполненных исследований осуществлено решение актуальной научно-технической задачи - увеличение срока эксплуатации электросилового оборудования подвижного состава городского электротранспорта на основе разработанной системы технического обслуживания и ремонта, обеспечивающей требуемый уровень надежности.

Основные теоретические и практические результаты заключаются в следующем:

1. Выполнен структурный анализ элементной базы электросилового оборудования с целью определения влияния на его надежность функциональность и структурных свойств элементов.

2. Разработаны математические модели надежности основных узлов электросилового оборудования позволяющие учитывать его элементную базу, характеризующие особенности структуры оборудования.

3. Получены зависимости надежности электросилового оборудования от количества элементов структуры при различных законах распределения вероятности возникновения отказа.

4. Получены зависимости, отражающие взаимосвязь интенсивности отказов элементов электросилового оборудования и факторов их нагружения, позволяющие определить требуемые режимы нагружения, а также прогнозировать отказы элементов в эксплуатации.

5. Определены объемы технического обслуживания и ремонта, дающие возможность при существующем техническом состоянии подвижного состава и технологии ремонта минимизировать затраты на эксплуатационное обслуживание.

6. Определено, что ввиду невозможности приобретения нового состава, часть его подлежащая списанию, эксплуатируется при полной нагрузке, что является нарушением безопасности перевозки пассажиров, а также резко увеличивает затраты на его содержание.

7. Анализ работы ТЭД подвижного состава, имеющих выработанный ресурс свидетельствует следующее: эксплутационные затраты на ремонт и профилактическое обслуживание превышают на 15-20 % относительно установленных нормативов и имеют тенденцию к увеличению; глубина диагностирования состояния узлов и деталей в процессе ремонта должна быть увеличена на 20 %.

8. Для поддерживания на заданном уровне характеристик эксплутационной надежности ТЭД подвижного состава сроки межремонтных пробегов рекомендовано сократить до 60000км ± 10 % в первом цикле наработки. Во втором до 50000 км ± 10 %.

9. Предлагаемая система ТО и ремонтного обслуживания для трамваев выработавших ресурс (16 лет эксплуатации) позволит увеличить срок службы на 8 лет. При этом обеспечиваются главные характеристики подвижного состава, заданный уровень надежности и безопасность перевозки пассажиров.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Водолазов, Владимир Николаевич, 2004 год

1.Анилович В.А., Гринченко А.С., Литвиненко В.Л., Чернявский И.Ш. Прогнозирование надежности тракторов. М. 1986г. Машиностроение.

2. Базовский И.В. Надежность, теория и практика. М. Мир 1965г. 373 с.

3. Феокистов В.П., Лакин И.К., Рубников Е.К. Электровозы. Из-во «Высшая школа». М.: 386 с.

4. Плакс А.В., Ротанов Н.А., Феоктистов В.П. Электрооборудование электрического подвижного состава. Учебник для вузов ж.-д. Транспорта. Изд-во УМК, М.: 2003г., 386 с.

5. Беляев Ю.К. Статистические методы обработки результатов испытаний на надежность. М. Знание. 1982г.,97 с.

6. Боровков А.А. Теория вероятностей. М. Наука. 1976г., 431 с.

7. Брауде В.И., Семенов Л.Н. Надежность подъемно-транспортных машин. Л. Машиностроение. 1986г.

8. Быков В.Н., Глебов И.А. Научные основы анализа и прогнозирования надежности генераторов. Л. Наука. 1984г.

9. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М. Физматгиз. 1962г. П.Витенберг Ю.Р. Шероховатость поверхности и методы ееоценки. Л. Судостроение. 1971г.

10. Вольдек А.И. Электрические машины. Л. Энергия. 1978г.

11. Волков С.Д. Статистическая теория прочности. М. Свердловск Машгиз. 1960г.

12. Гнеденко Б.В., Беляев Ю.К., Соловьев А.Д. Математические методы теории надежности. М. Наука. 1965г.

13. Герцбах И.Б., Кордонский Х.Б. Модели отказов. М. Советское радио. 1966г.

14. Гольдберг О.Д. Качество и надежность асинхронных двигателей. М. Энергия. 1968г.

15. Гивартовская Н.А., Иванов А.С., Кроль И.А. Закон распределения времени износовых отказов электрических машин. Труды ВНИИЭМ. Т-33. М. 1970г.

16. Гордеев И.П. Исследование и разработка методов повышения надежности корпусной изоляции якорей тяговых электродвигателей тепловозов. Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. Наук. М. 1980г.

17. Гроссман М.И., Гутерман А.Б. О закономерностях износа щеток электрических машин. М. Электротехника. 1973г.

18. Глазунов Л.П., Грибовецкий В.П., Щербаков О.В. Основы теории надежности автоматических систем управления. Л. Энергоиздат. 1984г.

19. Галамбош Я. Асимптотическая теория экстремальных порядковых статистик. М. Наука. 1984г.

20. Дмитриевский B.C. Вывод уравнения надежности электрической изоляции. М. Электротехника. 1973г.

21. Дружинина Г.В. Надежность автоматизированных систем. М. Энергия. 1977г.

22. Devaux J. La duree de vie des moteurs electriques. «Entretier et travaux neufs» V. 22, N, 1970r.

23. Елизаветин M.A. Повышение надежности машин. M. Машиностроение, 1968г.

24. Johnson N., Kotz S. Distributions in Statistics: Continuous multivariate distributions New York: Wiley, 1972r.

25. Исаев И.П., Матвеевичев А.Н., Козлов Л.Г. Ускоренные испытания и прогнозирование надежности электрооборудования локомотивов. М. Транспорт. 1984г.

26. Исаев И.П. Вопросы совершенствования конструирования электрического подвижного состава. М. Транспорт. 1978г.

27. Исаев И.П. Проблемы повышения надежности технических устройств железнодорожного транспорта. М. Транспорт. 1968г.

28. Копылов И.П. Математическое моделирование Электрических машин. М. Высшая школа. 1994г.

29. Капур К., Ламберсон Л. Надежность и проектирование систем. /Перевод с английского под редакцией И.А. Ушакова./ М. Мир. 1980г.

30. Калошкин A.M. Исследование надежности тяговых электродвигателей постоянного тока большегрузных электроавтомобилей. Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук. М. 1978г.

31. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М. 1968г.

32. Курбасов А.С., Седов В.И., Сорин Л.Н. Проектирование тяговых электродвигателей. М. Транспорт. 1987г.

33. Кугель Р.В. Ускоренные ресурсные испытания в машиностроении. М. Знание. 1968г.

34. Курбасов А.С. Повышение работоспособности тяговых электродвигателей. М. Транспорт. 1977г.

35. И.Колмогоров А.Н. Основные понятия теории вероятностей. М. Наука. 1974г.

36. Коненков Ю.К., Давтян М.Д. Случайные механические процессы в оборудовании машин. М. Машиностроение. 1988г.

37. Кугель Р.В., Благовещенский Ю.Н. Методика выбора качества изделий для ресурсных испытаний. М. НАТИ. 1970г.

38. Кордонский Х.В. и др. Вероятность анализа процесса изнашивания. М. Наука. 1968г.

39. Казанцев Н.А. Исследование надежности коллекторных двигателей переменного тока и разработка методов определения показателей их надежности. Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук. М. 1978г.

40. Котеленец Н.Ф., Кузнецов H.J1. Испытания и надежность электрических машин. М. Высшая школа. 1988г.

41. Лоповок Т.С. Волнистость поверхности и ее измерение. М. Машиностроение. 1973г.

42. Ламберсон. Л. Надежность и проектирование систем. М. Наука. 1982г.

43. Лившиц П.С., Еремин А.А. Количественная оценка скорости изнашивания щеток электрических машин постоянного тока. М. Электротехника. 1980г.

44. Лившиц П.С. Изменение износных и коммутирующих свойств электрощеток. М. Электротехника. 1972г.

45. Leadbetter М., Lindgrem G., Rootzer Н. Extremes and related properties of random sequences and processes. Berlin: Heidelberg, 1983r.

46. Надежность и диагностика энергетических электромашин. Сб. научных трудов АН УССР. Киев. Наукова думка. 1984г.

47. Нечипоренко В.И. Структурный анализ систем. М. Советское радио. 1977г.

48. Осичев В.П. Создание высоконадежного тягового генератора постоянного тока предельной мощности. Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук. Харьков. 1977г.

49. Половко A.M. Основы теории надежности. М. Наука. 1964г.

50. Пешее Л.Я., Степанова М.Д. Основы теории ускоренных испытаний на надежность. Минск. Наука и техника. 1972г.

51. Переверзев Е.С. Надежность и испытания технических систем. Киев. Наукова думка. 1990г.

52. Пампуро В.И. Управление надежностью машин. Киев. Знание. 1986г.

53. Проников А.С. Содержание и основные направления науки о надежности и долговечности машин. Надежность и долговечность машин и оборудования. М. Стандарты. 1972г.

54. Рябинин И.А. Основы теории и расчета надежности судовых электроэнергетических систем. Л. Судостроение. 1971г.

55. Рябинин И. А., Черкесов Г.Н. Логико-вероятностные методы исследования надежности структурно-сложных систем. М. Радио и связь. 1971г.

56. Рябинин И.А., Киреев Ю.Н. Надежность судовых электроэнергетических систем и судового энергооборудования. Судостроение. Л. 1974г.

57. Решетов Д.Н., Фадеев B.C. Вероятностная оценка изгибной прочности зубчатых колес. М. Машиностроение. 1970г.

58. Сотсков Б.С. Основы теории и расчета надежности элементов устройств автоматики и вычислительной техники. М. Высш. Школа. 1970г.

59. Серенсен С.В. Прочность элементов конструкций в статистическом аспекте и оценка их эксплуатационной надежности. В сб. «Надежность и долговечность машин оборудования». М. 1972г.

60. Серенсен С.В., Буглов Е.Г. О прочности деталей в связи с вероятностным представлением. Вестник машиностроения. М. № 11.1960г.

61. Судаков Р.С. Испытание технических систем. Машиностроение. М. 1988г.

62. Серенсен С.В., Когаев В.П. Вероятностные метода расчета на прочность /Сб. Механическая усталость в статистическим аспекте./Стандарты. М. 1968г.

63. Сандлер Дж. Техника надежности систем. Наука. М. 1966г.

64. Стрельбицкий Э.К. Исследование надежности и качества электрических машин. Автореферат диссертациии на соискание ученой степени докт. техн. наук. Томск. 1967г.

65. Серенсен С.В., Гросман М.Б., Когаев В.П., Шнейдерович P.M. Валы и оси. Конструирование и расчет. Машиностроение. М. 1970г.

66. Свечарник Д.В. Надежность и эффективность действия сложных автоматических систем. Знание. М. 1971г.

67. Стрекопытов В.В. Оптимизация энергетических установок тепловозов с электрическими передачами мощности на основании параметрической надежности. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора техн. наук. М. 1977г.

68. Тимашев С.А. Надежность больших механических систем. Наука. М. 1982г.

69. Тищенко Н.А., Павленко В.К., Рипс А.Я. Надежность электрических аппаратов электропривода, высоковольтных изоляторов, аккумуляторов и керамических материалов. М. Наука. 1968г.

70. Tillner S. Probleme bei modornen Klienmotoren unter besonderer Berucksichtigung von Sicherheitssfragen.-«VDE-Fachberichte», 1972r.

71. Фролов КВ., Гусенков А.П. Проблемы надежности и ресурса в машиностроении. М. Наука. 1986г.

72. Фукс. Г.И., Крутейникова З.А. Поверхностные явления и надежность узлов трения механизмов приборов. Кн. Надежность и долговечность. М. Машиностроение. 1984г.

73. Ферстер Э.К., Ренц Б. Методы корреляционного и регрессивного анализа. Финансы и статистика. М. 1983г.

74. Хевиленд Р. Инженерная надежность и расчет на долговечность. М-Л. Энергия. 1966г.

75. Hecht G. Economic Formulation of Reliability Objectives. Proceedings of Annual Symposium on Reliability. Washington, 1971r.

76. Hurtgen J.P. Hermetic Motor Life Tests. Proceedings of 10-th Insulation Conference. Chicago, 1971r.

77. Чернов А.Б. Основы методологии проектирования машин. М. Машиностроение. 1968г.

78. Черкесов Г.Н. Основы теории надежности автоматизированных систем управления. Л. Л ПИ. 1975г.

79. Шеффре Г. Дисперсионный анализ. Наука. М. 1980г.

80. Шор Я. Б. Таблицы для анализа и контроля надежности. Советское радио. М. 1968г.

81. Шереметьевский Н.Н., Гивартовская Н.А. Методы обеспечения и оценки надежности комплексных систем электротехники. Тр.ВНИИЭМ. т. 33. М. 1970г.

82. Шинонок Н.А., Репкин В.Ф., Барвинский Л.Л. Основы теории надежности и эксплуатации радиоэлектронной техники. М. Советское радио. 1964г.

83. Щербаков В.Г. Исследование процессов износа коллекторов и щеток тяговых электродвигателей магистральных электровозов. Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук. М. МИИТ. 1978г.

84. Weinstein S.B. Theory and application of some classical and generalised asymptotic distribution of extreme values // EE Trans inform/Theory/IT-19, №2.

85. Яковлев Г.М. Технологическая основа надежности и долговечности машин. Минск. Беларусь. 1964г.

86. Плохое Е.М., Ермаков Ю.Д., Просвиров Ю.Е., Павлович Е.С. К вопросу оптимизации межремонтных пробегов (тезисы). Тезисы VI межднар. НТК «Проблемы развития Локомотивостроения» Москва: МИИТ, 1996г., с.62.

87. Павлович Е.С., Ермаков Ю. Д., Просвиров Ю.Е., Валиуллин Р.Г. Снижение токсичности и дымности выхлопных газов тепловозных двигателей (тезисы). Тезисы междунар. НТК «Безопасность транспортных систем», Самара, 1998г., с. 7677.

88. Ермаков Ю. Д., Просвиров Ю.Е., Шашанов С.В. Улучшение экологических характеристик транспортных дизелей (статья). Статья в межвуз. сб. науч. Труд. «Вопросы научно-технического прогресса на ж.д. транспорте», Самара, 1998г.,- Вып. 14. с. 5253.

89. АДМИНИСТРАЦИЯ ГОРОДА САМАРЫ

90. РОССИЯ, 443010, г. САМАРА, ул. КУЙБЫШЕВА, 135, тел. [phone] факс: [phone]на№Г

91. В вагоноремонтных мастерских ТТУ проведен капитально-восстановительный ремонт 165 трамвайных вагонов, в том числе 660 ТЭД, а также 222 троллейбусов, что позволило продлить срок эксплуатации подвижного состава на 7 лет.

92. Главный инженер ТТУ Начальник службы подвижного состава Представитель департамента транспорта1. В.В. Снегирев1. В .Г.ТОл ьянский1. B.C. Пантелеев

93. Российская Федерация Администрация города Самары Муниципальное предприятие города Самары "ТРАМВАЙНО-ТРОЛЛЕЙБУСНОЕ УПРАВЛЕНИЕ"

94. Россия, 443030, г. Самара. Тел. [phone]-88 Факс [phone]ул. Коммунистическая, 8 Телетайп 214450 РЕЛЬС1. JVs1. УТВЕРЖДАЮ»

95. На v„ Главный инженер муниципальногоj— —j предприятия «Трамвайно-троллейбусноеуправление»1. В.В. Снегирев 2004 г.1. АКТ

96. Капитально-восстановительным ремонтом отремонтировано 165 трамвайных вагонов, более 600 тяговых электродвигателей и 222 троллейбуса, что позволило продлить срок эксплуатации на 7 лет.