CC BY
34
РУХОМИЙ СКЛАД
УДК 681.518.54:629.4.067
Кравченко В.Е., к.т.н., доцент (ДоНИЖТ)
ДИАГНОСТИКА - ОСНОВА СНИЖЕНИЯ РИСКА ВОЗНИКНОВЕНИЯ АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЙ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА
В основу функционирования Единой государственной системы предупреждения аварий техногенного характера, положен принцип ненулевого (приемлемого) риска, который формулируется: создать такую систему технического совершенства общества, которая приводит появление негативного события к допустимому значению [1]. Величина этого значения зависит от возможного объема средств, выделяемых на охрану труда и технику безопасности. Она принята в Украине на уровне 10-4, в Российской Федерации - 10-6, в развитых странах мира - 10-8.
На современном этапе технического развития невозможно создать абсолютно надежную технику. Кроме того, на надежность ее эксплуатации сильное влияние оказывает человеческий фактор - ошибки при принятии решений, несоблюдение правил технической эксплуатации приводит к транспортным происшествиям различного вида.
Проблеме снижения риска возникновения аварийных ситуаций при эксплуатации грузового вагонного парка посвящено множество научных исследований. Они длительное время велись и продолжают вестись в отраслевых научно-исследовательских институтах и высших учебных заведениях практически всех стран мира. Значительный вклад в решение этой проблемы внесли Бродовский А.Л., Бугаев В.П., Гридюшко В.И., Карпычев В.А., Кельрих М.Б., Котуранов В.Н., Устич П.А., Хаба В.А. и др.
По вине вагонного хозяйства происходит каждый третий случай брака из общего их числа на сети дорог. Каждый третий сход подвижного состава в поездах - из-за технической неисправности вагонов [2].
Причины транспортных происшествий по источникам опасностей классифицируются по следующим группам:
- вследствие отказа в технике колесных пар, боковин и надрессорных балок тележек, автосцепных устройств, тормозного оборудования и др.;
- из-за ошибочных действий или бездействия оперативного персонала вагонного хозяйства, так называемого человеческого фактора: низкой квалификации работников, нарушения трудовой и технологической дисциплины, халатного отношения к своим обязанностям.
К этой группе относятся так называемые уважительные ошибки персонала, происходящие из-за: неправильной организации труда руководства, плохого состояния здоровья, психологической несовместимости работников бригады (неспособности понять друг друга в критической ситуации, несинхронности психомоторных реакций, различия во внимании, мышлении и т.п.), низких врожденных психофизиологических качеств работников (самоконтроль, эмоциональная устойчивость, переключение внимания, решительность),
неудовлетворительных санитарно-гигиеничес-ких условий труда и т.д.;
- из-за неблагоприятных (роковых) стечений обстоятельств, каждое из которых зачастую не является опасным, но при их одновременном проявлении может произойти транспортное происшествие. К ним можно отнести техническое состояние конструкций, норм, правил, регламента и т.д., которые переводят вагон из аварийного состояния к транспортному происшествию.
Любое из мероприятий, направленных на устранение причин вышеперечисленных групп, для своей реализации требуют определенных затрат времени, материальных, трудовых и финансовых ресурсов.
Для оценки эффективности мероприятий по обеспечению безопасности движения нужен системный подход, в основе которого должна лежать известная в теории надежности идея глубоко эшелонированной защиты рассматриваемого объекта от аварии. В ней выделяются три барьера или рубежа для предупреждения и один барьер для смягчения последствий аварий. Основное требование к рубежам защиты - надежная работа хотя бы одного из них должна предохранить объект от аварии [2].
Первый рубеж защиты от аварии закладывается на этапе проектирования вагона и состоит в обеспечении безопасности, живучести и контроле- пригодности конструкции. Эти свойства достигаются за счет применения материалов с улучшенными физико-механическими характеристиками, эффективных технологий упрочнения, новых конструкторских решений.
Второй рубеж защиты от аварий - оперативное управление безопасностью каждого вагона на основе автоматизированной системы
пономерного учета, контроля дислокации, регулирования вагонного парка (ДИСПАРК), работающей в режиме реального времени. Система фиксирует в памяти ЭВМ по каждому номеру вагона все изменения его состояния (погрузка, выгрузка, задача в ремонт или в запас и т. п.).
С помощью системы ДИСПАРК может осуществляться непрерывный контроль за текущим состоянием каждого вагона, анализироваться накапливаемая информация о качестве его ремонтов, частоте отцепок, обороте вагонов и в результате вырабатываться оперативное решение по предупреждению аварий.
На стадии эксплуатации вагона наиболее существенным средством управления безопасностью является неразрушающий контроль повреждений ответственных несущих узлов конструкций при их техническом обслуживании и ремонте (цельнокатаных колес, осей, боковых рам тележек грузовых вагонов и т.д.). Дефектоскопия этих деталей является единственной технологической операцией, позволяющей предотвратить аварию.
Третий рубеж защиты от аварий - комплекс мероприятий, направленных на максимальное снижение вероятности рокового стечения обстоятельств, при которых вскрытое аварийное состояние вагона может мгновенно привести к транспортному происшествию.
Разработкой и контролем реализации этого комплекса мероприятий занимается ревизорский и инструкторский аппарат, руководители вагонного хозяйства всех уровней.
Четвертый уровень защиты - ослабление последствий аварий. Он осуществляется на уровне проектирования и эксплуатации подвижного состава, направлен на минимизацию вероятности его схода с рельсов.
Существенным недостатком вагонных конструкций является ограниченная контролепригодность некоторых ответственных несущих узлов в условиях эксплуатации относительно повреждений, не имеющих внешних признаков. Это приводит к тому, что вагон, находящийся в скрытом аварийном состоянии и обезличенной форме эксплуатации, используется в перевозочном процессе как исправный.
Пребывание вагона в скрытом аварийном состоянии может завершиться постановкой его в плановый ремонт, обнаружением опасного повреждения узла вагона с последующей отцепкой для текущего ремонта, переходом вагона в состояние потери работоспособности с соответствующими последствиями той или иной тяжести.
Особый интерес представляют два события: вхождение вагона в скрытое аварийное состояние и варианты выхода из него. Первое
характеризуется потерей информации о техническом состоянии грузового вагона.
При контроле технического состояния вагонов регламентирована следующая последовательность операций: в транзитных поездах; при подготовке к перевозкам; в парках сортировочных станций; на пунктах передачи вагонов. Однако, эффективность работы существующей системы раннего обнаружения опасных повреждений вагонных конструкций в условиях эксплуатации невелика так как:
- осмотрщики вагонов не вооружены переносными техническими средствами обнаружения опасных повреждений и вынуждены полагаться на органолептические методы;
- ограниченная контролепригодность ряда ответственных элементов конструкций вагонов;
- дефицит времени, отпущенного графиком обработки составов;
- сложные погодно-временные условия работы.
Вагонное хозяйство выполняет функции эксплуатации, технического обслуживания, отцепочного и безотцепочного текущего, деповского ремонтов грузовых вагонов. При этом эксплуатация грузовых вагонов имеет две важные особенности:
- свободный оборот грузового вагонного парка по сети железных дорог Украины и стран СНГ;
- необходимость совместного их использования в поездах, когда вагоны различных типов и сроков службы должны удовлетворять единым требованиям безопасности движения и сохранности перевозимых грузов.
Безопасность движения достигается путем соблюдения единой системы планово-предупредительных ремонтов, которая строится с учетом закономерностей износа узлов и представляет собой совокупность запланированных организационных и технических мероприятий по контролю, обслуживанию и ремонту вагонов. Она включает два вида мероприятий:
- по уменьшению интенсивности износа деталей, предупреждению неисправностей, своевременного их выявления;
- устранению неисправностей при всех видах ремонтов.
В основу организации деповского ремонта положены следующие основные принципы:
- замена неисправных узлов и деталей заранее отремонтированными или новыми (агрегатный метод ремонта);
- строгое соблюдение графика технологических процессов, Правил ремонта и технических условий;
- механизация всех трудоемких работ;
- создание неснижаемого технологического запаса деталей и рациональное использование старогодных.
Производственный процесс ремонта вагонов включает следующие этапы: подготовка вагонов к ремонту; их разборка; изготовление и комплектование вагонных деталей; сборка их в узлы и постановка на ремонтируемый вагон; ремонтно-сборочные и окрасочные работы.
Наиболее трудоемким процессом является полная разборка узлов вагонов для определения степени их износа и решения вопроса о дальнейшем использовании: восстановлении или утилизации. В этих условиях диагностические технологии не только позволяют определить признаки предельного состояния, но и остаточный срок службы узлов и деталей.
Эталонная технология технической ревизии и ремонта вагонов предусматривает:
- разработку диагностических приборов для отдельных деталей, узлов, агрегатов и конструкций вагонов различных типов;
- установление периодичности глубокой диагностики;
- диагностика основных деталей и агрегатов вагона;
- экспертная оценка технического состояния деталей, узлов, агрегатов и вагонов в целом для принятия решения о возможности и эффективности их ремонта или замены;
- разработку тестов и стендов для оценки качества ремонта.
Как показывают проведенные исследования и обобщение опыта деповского ремонта грузовых вагонов, наряду с автотормозным оборудованием и автосцепными устройствами, особого внимания заслуживают работы по восстановлению колесных тележек, колесных пар и подшипников качения, так как их замена на новые связана со значительными затратами.
Использование ресурсосберегающих технологий: наваривание гребней колес с последующим их обтачиванием на колесно-токарных станках, высокоскоростное плазменное закаливание поверхности качения колесных пар, металлизация обода вагонного колеса с использованием комбинированного инструмента - дисковой секционной щетки с набором металлического ворса, обновление резьбовой части на колесных осях для крепления буксовых подшипников путем наплавления резьбы под слоем флюса с последующим ее нарезанием и ряд других позволят продлить ресурс элементов вагонов, но не устранят причин их быстрого износа.
Весомой причиной такого износа является недостаточно качественная сборка колесных тележек на вагоноремонтных предприятиях. Различные перекосы на тележках создают много вреда и приводят к
преждевременному износу колес, осей, роликовых подшипников. Устранение этих перекосов возможно, если собирать колесные тележки на специальных стендах с одновременным контролем основных размеров с использованием линейных и поверочных измерений, как средства дополнительного контроля.
Устранение дефицита подшипников и колесных пар при деповском ремонте вагонов может быть достигнуто за счет использования нового оборудования для проведения неразрушаемого контроля. Эта технология позволяет практически исключить влияние человеческого фактора при выявлении дефектов в узлах подвижного состава.
В настоящее время в большинстве вагонных депо Донецкой железной дороги контроль состояния роликовых подшипников производится визуально вручную. Это позволяет обнаружить только видимые наружные дефекты, да и те могут быть незамечены в связи с утомляемостью работника.
Обнаружить нарушения металла, которые не выходят на поверхность вообще невозможно. При этом на проверку одного подшипника затрачивается 30 минут, что становится сдерживающим фактором в формировании обменного фонда роликовых подшипников и выполнения ремонта вагонов.
Использование дефектоскопа ВД-131 НД «Инспектор» позволяет ускорить процесс проверки роликовых подшипников, избавить работников от сложного и малоэффективного труда, но и повысить безопасность движения, устранить отцеп грузовых вагонов для текущего ремонта.
Современная проверка качества ремонта каждого вагона при сдаче-приемке недостаточна для гарантированного уровня установления дефектов, так как часть этих дефектов может быть выявлена при повторной разборке узлов вагонов, что экономически невыгодно. Необходимо чтобы система требуемого качества ремонтов осуществлялась на каждом участке технологической цепочки. Для этого должны использоваться соответствующие оборудование и способы измерения. Такой контроль обеспечит выявление дефектов на ранних стадиях сборки объектов ремонта и будет экономически оправдан несмотря на дополнительные затраты.
Практическая реализация этого комплекса мероприятий и их эффективность хорошо просматриваются на примере вагонного депо Ясиноватая, которое в течение длительного времени является не только полигоном для испытания новой техники и технологии ремонта грузовых вагонов, но и центром рационализаторской работы, обмена передовым опытом Донецкой и всей сети железных дорог Украины. Здесь прошли
испытания и получили путевку в жизнь рассмотренные выше организационно-технические мероприятия по совершенствованию производственного процесса при осуществлении планово-предупредительных ремонтов, в т.ч. и дефектоскопы для неразрушаемого контроля колесных пар.
Применявшиеся ранее магнитопорошковые дефектоскопы МД-12 ПШ и МД-13 ПР считаются экологически опасными, работа на них требует больших усилий для сохранения работоспособности и качества контроля. Они не позволяют в достаточной степени использовать современные информационные технологии для сбора, накопления, сохранения и анализа результатов неразрушаемого контроля.
Уже созданы, прошли все испытания и получили соответствующий сертификат микропроцессорные дефектоскопы, основанные на использовании акустически-эмиссионного метода (в первую очередь ультразвукового), которые позволяют сохранять в памяти параметры контроля и документировать его результаты. Для вагонного хозяйства это ультразвуковой дефектоскоп «Пеленг» УДЗ-100 -модифицированная версия дефектоскопа «Пеленг» УД-102.
Главное, что отличает это устройство от других, то что впервые в одном дефектоскопе заложены все необходимые технические решения для контроля колесных пар вагонов с возможностью регистрации результатов. Преимуществами этого устройства являются:
- наличие своевременного программного обеспечения;
- значительное уменьшение объема сканирования при контроле;
- возможность автоматического съема, обработки, сохранения и передачи результатов контроля;
- способность выявлять дефекты не только на поверхности объектов контроля, но и внутренние дефекты;
- более высокая чувствительность ультразвукового контроля по сравнению с магнитопорошковым.
Технические характеристики высокочастотного и многоканального дефектоскопа позволяют использовать эхо-теневой и зеркально-теневой методы ультразвукового контроля колесных пар вагонов. При этом его масса с встроенным аккумулятором не более 2 кг, температурный диапазон работы от -30 до +50 оС, жидкокристаллический экран с подсвечиванием, контролируемый диапазон глубин - от 3 до 5000 мм, объем памяти - 100 протоколов контроля и т.д.
Дефектоскоп позволяет производить автоматические измерения и оперативную индикацию характеристик дефекта, которые устанавливаются, с подачей звукового сигнала оператору в наушники и
светового импульса на экран, документировать результаты неразрушаемого контроля. Он может использоваться не только в стационарных условиях вагонного депо, но и на механизированных пунктах отцепочного ремонта вагонов.
Замена морально устаревших дефектоскопов на участке неразрушаемого контроля колесных пар современными позволит сократить время на обработку единицы продукции, повысить качество контроля и достичь соответствующего уровня безопасности движения. Создание базы данных контроля колесных пар обеспечит четкое отслеживание всех случаев происшествий с ними.
В условиях вагонного депо Ясиноватая, где производственная мощность лимитируется ограниченностью обменного фонда колесных пар из-за длительного контроля их состояния, применение дефектоскопа «Пеленг» УДЗ-103 позволит увеличить объем производства на 25...30 %. С учетом всех затрат на приобретение оборудования, обучение персонала для работы на нем и текущими эксплуатационными расходами окупаемость будет обеспечена за 2,2 года.
Выполненные исследования по снижению риска возникновения аварийных ситуаций при эксплуатации грузовых вагонов позволяет рекомендовать следующий комплекс мероприятий:
- повышение квалификации осмотрщиков вагонов;
- разработка и внедрение переносных диагностических приборов;
- разработка тестовых методов и технологии проверки работоспособности наиболее проблемных узлов вагона по аналогии с технологией опробывания тормозного оборудования поезда на станции;
- совершенствование отраслевой системы централизованного пономерного учета вагонов и их основных узлов;
- жесткое планирование периодичности глубоких диагностик и деповского ремонта по фактическому техническому состоянию вагона;
- создание научно-обоснованных критериев (признаков) отказов и повреждений наиболее ответственных узлов конструкций вагонов и закрепление их в отраслевой научно-технической документации.
Список литературы
1. О единой государственной системе предупреждения и реагирования на чрезвычайные ситуации техногенного и природного характера: Постановление Кабинета Министров Украины от 03.08.1998 г. № 1198.
2. Вагонное хозяйство: Учебник для вузов ж.-д .транспорта/ под ред.П.А.Устича.-М.:Маршрут,2003.-560 с.
Зб1рник наукових праць Дон1ЗТ. 2006 №5 118
3. Лобанов А.Н. Дефектоскопирование деталей и узлов вагонов и конструкций. -М.:УМК МПС РФ, 1999.-72 с.
УДК 629.423.2
Горобченко А. Н., инженер (ДонИЖТ)
МЕТОДИКА РАСЧЕТА ТОКОВ В СИЛОВОЙ ЦЕПИ ЭЛЕКТРОВОЗА
Постановка проблемы. При определении путей совершенствования и повышения эффективности электрической тяги приходится сталкиваться с решением ряда задач: вычисление силы тяги конкретного локомотива, температуры нагрева обмоток электродвигателей в различные моменты времени, скорости движения и пр. Необходима полная картина процессов в силовой цепи, которая невозможна без определения величин токов тяговых электродвигателей.
Анализ исследований и публикаций. Принято рассчитывать величину тока тягового двигателя в эксплуатации при различных скоростях движения исходя из его скоростной характеристики, диаметра бандажа колесной пары и напряжения, подведенного к его зажимам [1,2]. В работе [3] проанализированы факторы, влияющие на ток нагрузки. Дана их классификация на входные величины, выходные величины и шумы. Представлена граф-модель электродвигателя.
В этих работах ТЭД рассматривается как отдельный объект. При этом не учитываются режимы работы остальных участков силовой цепи. Не учтено то, что двигатели работают в силовой цепи и каждый двигатель является лишь частью параллельной ветви этой цепи. Любые изменения и отклонения в работе других ветвей (разность сопротивлений, электромеханических характеристик, скоростей вращения и т.д.) взаимно влияют друг на друга и на параметры работы исследуемого двигателя. Это приводит к определенной погрешности в вычислениях.
Постановка задачи. Для получения наиболее точных данных о работе двигателей в реальных условиях, необходимо составить модель
