Повышение достоверности диагностирования электрооборудования электровоза на примере системы низковольтного питания тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.07, кандидат технических наук Хазов, Максим Сергеевич

• Хазов, Максим Сергеевич
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Хазов, Максим Сергеевич

Содержание.

Введение.

Глава 1. Обзор систем диагностирования магистральных электровозов.

1.1 Системы диагностирования на зарубежных железных дорогах.

1.2 Системы диагностирования на железных дорогах Российской Федерации

1.3 Постановка задачи исследования.

Выводы по главе.

Глава 2. Диагностирование электрооборудования электровоза постоянного тока.

2.1 Принципы построения диагностической системы.

2.2 Реализация алгоритма дискретного фильтра Калмана-Бьюси.

2.3 Прогнозирование технического состояния электрооборудования электровоза.

Выводы по главе.

3. Разработка алгоритмов диагностирования системы низковольтного питания электровозов постоянного тока ВЛ11К и 2ЭС6.

3.1 Система низковольтного питания на электровозах постоянного тока ВЛ11К и 2ЭС6.

3.2 Постановка задачи диагностирования системы низковольтного питания электровоза.

3.3 Показатели технического состояния аккумуляторных батарей.

3.4 Построение фильтра Калмана-Бьюси для системы низковольтного питания электровоза постоянного тока.

Выводы по главе.

Глава 4. Алгоритмы оценки технического состояния системы низковольтного питания электровозов.

4.1 Определение технического состояния аккумуляторной батареи по величине внутреннего сопротивления.

4.2 Реализация бортового диагностирования системы низковольтного питания на электровозе 2ЭС6.

4.3 Исследование разработанных алгоритмов на экспериментальной модели .■.

4.4 Экономический эффект от внедрения алгоритмов диагностирования на электровозе 2ЭС6.

Выводы по главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение достоверности диагностирования электрооборудования электровоза на примере системы низковольтного питания»

Актуальность работы

Разработка и внедрение средств диагностирования для тягового подвижного состава, как бортовых, так и стационарных, позволяют сократить расходы на ремонты и повысить коэффициент готовности. Объединение различных диагностических систем в соответствующие комплексы повышает безопасность движения и позволяет получать достоверную информацию об объёмах необходимого ремонта.

Эффективность эксплуатации локомотивного парка зависит от оперативной и достоверной информации о его техническом состоянии. В перспективе она может быть повышена за счёт частичного перехода к ремонтам по фактическому состоянию электрооборудования электровоза. Нагрузка на систему низковольтного питания (СНП) непрерывно увеличивается. Это обусловлено, в первую очередь, установкой нового дополнительного оборудования и повышенного энергопотребления существующего. В связи с этим может быть' недостаточным выдаваемый генератором ток заряда, следовательно, аккумуляторная батарея будет недозаряженной. Для недопущения подобной ситуации необходимо ' своевременно и с высокой степенью достоверности диагностировать техническое состояние всех элементов СНП.

Современные средства технического диагностирования и информационные системы позволяют повысить эффективность эксплуатации как тягового подвижного состава, так и всей железнодорожной инфраструктуры в целом. Внедрение новых технологий на железных дорогах были рассмотрены в трудах Ю.В. Дьякова, Б.М. Лапидуса, М.Ф. Трихунова и других учёных.

Описания моделей и методов транспортных объектов и систем представлены в работах А.Т. Головатого, И.П. Исаева, В.В. Молчанова и других.

Целью работы является повышение достоверности диагностирования и прогнозирования в процессе движения локомотива технического состояния его электрооборудования на основе оптимальной обработки информации от бортовых микропроцессорных систем управления и диагностирования.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:

• Разработана методика оптимальной оценки диагностических параметров СНП электровоза.

• Разработана методика оценки технического состояния СНП электровоза.

• Эффективность этих методик подтверждены опытом эксплуатации разработанных автором подсистем диагностирования на магистральных грузовых электровозах 2ЭС6 и BJIl 1К.

• Предложен и доведён до практической реализации комплекс алгоритмов диагностирования.

• Разработана и практически реализована система бортового диагностирования электрооборудования электровоза на основании данных микропроцессорной системы управления.

Методы исследования. Теоретические исследования проведены с использованием алгоритмов и методов математической статистики, теории вероятностей и теории оптимизации. Количественные оценки, настройка и тестирование систем и алгоритмов диагностирования проведены с помощью современных средств автоматизации вычислений.

Научная новизна работы:

• Разработана математическая модель СНП электровозов, адекватность которой проверена на электровозах, эксплуатируемых на Свердловской ж.д.

• Теоретически доказано и экспериментально подтверждено, что оценка параметров СНП с помощью рекуррентного фильтра Калмана-Бьюси обеспечивает минимальную дисперсию оцениваемых параметров.

• Разработанные алгоритмы диагностирования и прогнозирования технического состояния СНП- обеспечили повышение достоверности оценивания технического состояния электрооборудования электровоза.

Достоверность полученных результатов и выводов подтверждена строгостью теоретического обоснования, корректностью применения математического аппарата и положительными результатами экспериментальных исследований на Свердловской ж.д.

Практическая ценность: повышение достоверности диагностирования позволило снизить затраты на техническое обслуживание и профилактику электрооборудования, а также снизить количество его отказов в пути следования и сократить затраты на ремонт и расход энергетических ресурсов.

Разработанная подсистема диагностирования внедрена на новых электровозах 2ЭС6 (19 единиц) и на модернизированных электровозах BJIl 1К (29 единиц) Свердловской ж.д.

Результаты, выносимые на защиту:

Диагностирование и прогнозирование на основе данных бортовых информационных систем и наиболее достоверное определение технического состояния электрооборудования электровоза.

Апробация работы. Основной материал диссертации представлен в научных докладах, которые обсуждались на:

• научных конференциях молодых учёных и аспирантов ВНИИЖТ в 2006, 2007 и 2008 годах, г. Щербинка,

• VII международной научно-технической конференции «Кибернетика и высокие технологии XXI века», 2006 год, г. Воронеж,

• на семинаре МГУ ПС (МИИТ), 2007 год, г. Москва,

• научно-технических советах комплексного отделения ТЭ ВНИИЖТ, в 2003 - 2008 годах, г. Москва.

Публикации

По результатам исследования опубликованы 9 печатных работ, в том числе в ведущих рецензируемых научных изданиях, определённых ВАК - 2.

Заключение диссертации по теме «Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация», Хазов, Максим Сергеевич

Основные результаты и выводы по работе

1. Разработана структура системы бортового диагностирования электрооборудования электровоза.

2. Для повышения эффективности бортового диагностирования и достоверности информации из зашумлённых данных о параметрах электрооборудования использованы методы нелинейной оптимальной фильтрации.

3. Определены аппаратные и программные средства диагностического обеспечения системы низковольтного питания электровоза. Для системы низковольтного питания решение значительной части диагностических задач обеспечено непосредственно в процессе движения электровоза и при предпоездных проверках.

4. Для системы низковольтного питания разработана диагностическая модель и методика оценки технического состояния на основе нелинейного рекуррентного фильтра Калмана-Бьюси.

5. На основе диагностической модели разработаны алгоритмы диагностирования и прогнозирования технического состояния системы бортового низковольтного питания и осуществлена их реализация на электровозах 2ЭС6 и BJIl 1К.

6. Адекватность модели и алгоритмов подтверждены данными эксплуатации.

7. За счёт внедрения подсистемы диагностирования время на обслуживание аккумуляторных батарей сокращается в 1,5 раза. Выявление в процессе поездки неисправностей системы низковольтного питания позволило уменьшить время ремонтов ориентировочно на 10%.

8. Предложенные принципы построения диагностической подсистемы системы низковольтного питания целесообразно использовать для диагностирования других узлов и систем электровозов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Хазов, Максим Сергеевич, 2009 год

1. Автоматизация электроподвижного состава/ А.Н. Савоськин, JI.A. Баранов, А.В. Плакс и др. Под ред. А.Н. Савоськина. М.: Транспорт, 1990.-311с.

2. Аркин В.И. Задачи оптимального поиска.- Труды математ. ин-та, сб. работ по теории вероятности, 1964, т.71. с. 17-20.

3. Бадьян И.И. Аппаратура микропроцессорной системы управления и диагностики электровоза// современные технологии автоматизации, 2000, №4, с.48-52.

4. Беллман Р. Динамическое программирование/ Пер. с англ. И.М. Андреевой, под ред. Н.Н. Воробьева. М.:ИЛ,1960. - 400с.

5. Беллман Р., Дрейфус С, Прикладные задачи динамического программирования/ Пер. с англ. Н.М. Митрофановой и др., под ред. А.В.Первозванского. -М.: Наука, 1965. -458с.

6. Бессонов А.А. Прогнозирование характеристик надежности автоматических систем. Л.:Энергия,1971. - 136с.

7. Бусленко В.Н. Автоматизация имитационного моделирования сложных систем. -М.: Наука, 1977.-240с.

8. Бурдун Г.Д., Марков Б.Н. Основы метрологии. М.: Издательство стандартов, 1985, 256 е., ил.

9. Вайлов A.M., Эйгель Ф.И. Контроль состояния аккумуляторов. М. Энергоатомиздат, 1992. -288 е., ил.

10. Вайлов A.M., Эйгель Ф.И. Автоматизация контроля и обслуживания аккумуляторных батарей. -М.: Связь, 1975. 172 с.

11. Вентцель Е.С. Исследование операций. М.: Советское радио, 1972. -552 с.

12. Винтер Б. Оптимальные диагностические процедуры. В кн.: Оптимальные задачи надежности/Пер. с англ., под ред. И.А. Ушакова. -М.: Изд-во стандартов, 1968. - с.157-165.

13. Гаркавенко С.И., Сагунов В.И. О диагностике неисправностей в непрерывных объектах. Автоматика и телемеханика, 1976, №9. - с. 177185

14. Гихман И.И., Скороход А.В. Теория случайных процессов. М.: Наука, 1970- 1975. Т. 1-3.

15. Глазунов Л.П., Смирнов Л.Н. Проектирование технических систем диагностирования. Л.:Энергоиздат,1982. - 167с.

16. ГОСТ 18322-78 Система технического обслуживания и ремонта техники. Термины и определения. М.: Изд-во стандартов, 1991. 15 с.

17. ГОСТ 20911-89 Техническая диагностика. Термины и определения. М.: Изд-во стандартов, 1978. 14 с.

18. ГОСТ 26656-85 Техническая диагностика. Контролепригодность. Общие требования. М.: Изд-во стандартов, 1986. 16 с.

19. ГОСТ 27.002-89 Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения. М.: Изд-во стандартов, 1990. - 38 с.

20. Гроп Д. Методы идентификации систем. М.: Мир, 1979,-302с.:ил.

21. Грузовые локомотивы Европы- Железные дороги мира, 2002, №10, с.43—46.

22. Джонсон Р. Применение теории информации при осуществлении диагностических процедур. В кн.: Оптимальные задачи надежности. -М.: Изд-во стандартов, 1968, - с. 177-188.

23. Диагностика и мониторинг технического состояния подвижного состава Железные дороги мира, 1997, №11, с. 13-16.

24. Диагностика и техническое содержание поездов ICE Железные дороги мира, 1995, №11, с.20-26.

25. Дмитриев А.К. Распознавание отказов в системах электроавтоматики.-М.:Энергоиздат,1983. 104с.

26. Европейские электровозы нового поколения.// Железные дороги мира. 1997. №10. с.9-40.

27. Исаев И.П. Допуски на характеристики электрических локомотивов. М. государственное транспортное издательство. - М. 1958. - 372 с.

28. Калман Р.Е., Бьюси Р.С. Новые результаты в линейной фильтрации и теории предсказания//Тех.механика. 1961. Т. 83,. с. 123-141.

29. Калман Р.Е., Фалб П., Арбиб М. Очерки по математической теории систем. М.: Мир, 1971. -400 с.

30. Киншт Н.В., Стребуля Г.В. О выборе контрольных точек для диагностики электрической цепи. В кн.: Повышение качества надежности и долговечности промышленных изделий. - JI.:1973.-c.67-69

31. Колос М.В., Колос И.В. Методы линейной оптимальной фильтрации. -М.: МГУ, 2000. 102 с.

32. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. -М.: Наука, 1984. 832 с.

33. Кудрицкий В.Д., Синица М.А., Чинаев JI.H. Автоматизация контроля радиоэлектронной аппаратуры. М.: Сов. радио, 1977-255с.

34. Кузнецов П.И., Пчелинцев JI.A. Об одной задаче поиска неисправности. -Автоматика и телемеханика, 1969, №6. с.137-140

35. Кузнецов П.И., Пчелинцев Л.А., Гайденко B.C. Контроль и поиск неисправностей в сложных системах. М.: Сов. радио, 1969. - 239с.

36. Кузовков Н.Т., Салычев О.С. Инерциальная навигация и оптимальная фильтрация. М.: Машиностроение, 1982. - 216 с.

37. Кун А.П. Техническая диагностика электрического оборудования электроподвижного состава: М.: РГОТУПС, 2003. - 260с.

38. Ланкастер П. Теория матриц. М.:Наука,1978. - 280с.

39. Ллойд Э., Ледерман У. Справочник по прикладной статистике. Финансы и статистика. М.: Финансы и статистика, 1990. Т. 1, 2.

40. Лобанов В.А., Вербицкий B.C. Минимизация набора контрольных точек для диагностики многофункционального объекта с переменной структурой. Вестник ВНИИЖТ, 1985, №8. - с.31-35

41. Локомотивный парк железных дорог Северной Америки.- Железные дороги мира, 2001, №11, с.37-41.

42. Льюнг Л. Идентификация систем. Теория для пользователя: Пер. с англ. под ред. Я.З.Цыпкина. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1991. - 432 с.

43. Магистральный грузовой электровоз для железных дорог Китая. // Железные дороги мира. 2002. №7. с. 36-46.

44. Магистральный электровоз ЭП1. Микропроцессорная система управления. //Локомотив, 1999 г., №8, стр. 17-19.

45. Математическая статистика / Под ред. A.M. Длина. М.: Высшая школа, 1975.-400 с.

46. Многосистемный электровоз серии ALP 46. // Железные дороги мира.2003. №3. с. 29-36.

47. Мозгалевский А.В., Глазунов Л.П., Щербаков О.В. Диагностические модели для определения работоспособности объекта. В кн.: Техническая диагностика систем управления. - Л.:1972.-с.6-17

48. Мозгалевский А.В., Шарапов В.И. Техническая диагностика. Материалы к постоянно действующему семинару.-Л.:ЛДНТП,1968. 24с.

49. Мозгалевский А.В. Техническая диагностика (непрерывные объекты): Обзор. Автоматика и телемеханика, 1978, №1. - с. 145-164

50. Мюллер К.-Д., Покровский С. В., Ш. Гай, Штер М. ЭП-10 электровоз нового поколения для Российских железных дорог// Железные дороги мира. 2003. №3. с. 22-29.

51. Наговицин B.C. Системы диагностики железнодорожного подвижного состава на основе информационных технологий. М.: ВИНИТИ РАН,2004.-248 с.

52. Организация ремонта подвижного состава в Северной Америке Железные дороги мира, 2003, №3, с.27-31.

53. Осис Я.Я., Гельфандбейн Я.А., Маркович З.П., Новожилова Н.В. Диагностирование на граф-моделях. М. Транспорт, 1991. 244 с.

54. Осис Я.Я. Формирование оптимальных описаний классов неисправностей. Научные труды/ Ленинградский электротехнический ин-т, 1971, вып. 118. - с.90-101

55. ОСТ 32.107-97 Тяговый подвижной состав железнодорожного транспорта. Техническая диагностика. Термины и определения. М.: МПС России, 1998.-31 с.

56. Пархоменко П.П. Оптимальные вопросники с неравными ценами вопросов. ДАН СССР, 1969, т. 184, №1. - с. 51-54.

57. Пархоменко П.П., Согомонян Н.С. Основы технической диагностики.-М.:Энергоиздат,1981. 320с.

58. Пашковский Г.С. Задачи оптимального обнаружения и поиска отказов в РЭА.-М.:Радио и связь, 1981. -280с.

59. Плакс А.В. Системы управления электрическим подвижным составом. Учебник для вузов ж.-д. транспорта. М. : Маршрут, 2005. 360 с.

60. Пугачев B.C., Синицын И.Н. Стохастические дифференциальные системы. М.: Наука, 1985. -560 с.

61. Пульт управления машиниста для унифицированной кабины. // Локомотив. 2002. №6. с. 30-32.

62. Пчелинцев Л.А. Поиск неисправностей как поглощающая марковская цепь. Изв. АН СССР. Техн. кибернетика, 1964, №6. - с.123-126.

63. Разработка конкурентоспособного электровоза для пассажирских и грузовых перевозок. // Железные дороги мира. 2002. №11. с. 20-24.

64. Сейдж Э., Меле Дж. Теория оценивания и ее применение в связи и управлении. М.: Связь, 1976. -496 с.

65. Сердаков А.С. Автоматизированный контроль и техническая диагностика. Киев: Техника, 1971. - 242 с.

66. Силин В.Б., Заковряшин А.И. Автоматическое прогнозирование состояния аппаратуры управления и наблюдения. М., Энергия, 1973. -336 е., ил.

67. Синдеев И.М. К вопросу о синтезе логических схем для поиска неисправностей и контроля состояния сложных систем. Изв. АНСССР. Техническая кибернетика, 1963, №2.

68. Стратанович P.JI. Применение теории процессов Маркова для оптимальной фильтрации сигналов // Радиотехника и электроника. 1960. Т. 5, №11. С. 1751-1763.

69. Технические средства диагностирования: справочник. Под. ред. В.В. Клюева. М.: - Машиностроение, 1989. - 672 е., ил.

70. Фильтрация и стохастическое управление в динамических системах. Под. ред.К.Т. Леондеса. -М. Мир, 1980-408 с.

71. Харазов A.M., Цвид С.Ф. Методы оптимизации в технической диагностике машин. -М.: Машиностроение, 1983. 132с.

72. Хрусталёв Д.А. Аккумуляторы. М.: Изумруд, 2003. - 224 е., ил.

73. Худорожко М.В. Метод оценки переменных с минимальной дисперсией/ И. А. Елисеев, Л.М. Жебрак. // Мир транспорта. 2009. №1. С. 28-32.

74. Электроподвижной состав. Эксплуатация, надёжность и ремонт. Под. ред. А.Т. Головатого, П.И. Борцова, М. Транспорт, 1983. -350 с.