2. Анализ отказов (неисправностей) при эксплуатации

Решение стратегической задачи повышения эффективности работы железнодорожного транспорта, увеличения пропускной и провозной способности железных дорог невозможно без их оснащения современными и надежными техническими средствами. При этом особая роль принадлежит средствам автоматики и связи. Составляя всего 5% от общей стоимости основных фондов, они определяют пропускные способности железнодорожных линий, обеспечивают автоматизацию перевозочного процесса и безопасность движения поездов.

Одним из путей повышения эксплуатационной надёжности тепловозов является применение бортовых диагностических устройств. Диагностические бортовые системы устанавливаются и при так называемом «капитальном ремонте с продлением срока службы (КРП)» тепловозов типа.

Из статистических данных неисправностей в пути следования видно, что большая доля внезапных отказов оборудования тепловозов связана с механическими повреждениями (изломы, трещины, разрывы и др.). Однако постановка задачи перед системой бортовой диагностики о распознавании таких внезапных отказов нецелесообразна, во-первых, в силу их очевидности; во-вторых, даже при установлении отказа диагностированием локомотивной бригадой, как правило, нет возможности устранения причины и последствия временными мерами, чтобы продолжить движение локомотива с поездом.

Неисправности тепловозов в эксплуатации вызываются следующими внезапными отказами локомотивного оборудования: неконтролируемые нарушения температурных режимов, ухудшение качества функционирования различного оборудования, в том числе обусловливающего увеличение расхода топлива дизелем на единицу производимой им тяговой работы. Количество внезапных отказов оборудования тепловоза (в первую очередь это касается дизеля) можно уменьшить оперативным контролем бортовой системой диагностики доступных косвенных показателей работы этого оборудования.

Причинами отказов могут быть неисправности элементов электрооборудования (нарушения целостности и качества электрических цепей, повреждения релейно-контактных аппаратов и т.п.) и другого оборудования локомотива. Последствия таких отказов в той или иной степени может устранить локомотивная бригада. Однако причины нарушения нормальной работы оборудования могут быть не найдены оперативно, т.е. для их отыскания необходимы специальные алгоритмы контроля.

Локомотивная бригада в пути следования может столкнуться с неисправностями оборудования тепловоза, угрожающими безопасности движения. В таких обстоятельствах ей важно оперативно знать о начале приближения угрозы, чтобы не дать по возможности неисправности быстро развиться и заблаговременно обоснованно остановить движение поезда. Диагностирование узлов трения колёсно-моторных блоков, техническое состояние которых определяет безопасность движения, целесообразнее проводить специальными средствами в депо, нежели при движении локомотива.

Можно определить энергетическую эффективность графикового и безопасного проследования с поездом по маршруту.

Бортовая диагностика улучшает условия труда локомотивной бригады при контроле основных показателей работы локомотивного оборудования во время движения локомотива благодаря оценке устройствами возможных аварийных ситуаций в тепловозе, контролю так называемых основных «дежурных» показаний работы его оборудования, контролю значений «расширенных» данных, обычно оцениваемых по штатным приборам вне кабины машиниста.

Бортовыми устройствами можно оценить и определить:

- степень загрязнённости фильтрующих агрегатов масляной и топливной систем дизеля;

- величину износа коренных, шатунных подшипников и соответствующих шеек коленчатого вала дизеля;

- общее качество рабочего процесса в цилиндрах дизеля;

- общее состояние турбокомпрессора;

- неисправности в регуляторе частоты вращения коленчатого вала дизеля;

- общую энергетическую эффективность дизель-генераторной установки;

- состояние выпрямительной установки;

- сопротивление изоляции высоковольтных и низковольтных цепей электрической схемы;

- остаточную ёмкость аккумуляторной батареи;

- токораспределение по тяговым двигателям; неисправности в цепях и системах возбуждения тягового и вспомогательного генераторов;

- неисправности в цепях электродвигателя и управления тормозного компрессора;

- состояние буксовых подшипников;

- неисправности в системе автоматического регулирования температуры, воды и масла;

- уровень воды в расширительном баке системы охлаждения, скорость её ухода с прогнозированием момента полного опорожнения бака;

- гидравлические характеристики контуров охлаждения;

- теплорассеивающую способность радиаторов контуров охлаждения;

- причины срабатывания аварийно-предупредительной сигнализации.

Но расширение и углубление возможностей бортовых систем диагностики приводит к увеличению количества измерительных преобразователей, линий связи, элементов коммутации, т.е. к удорожанию систем, снижению их надёжности и увеличению затрат по эксплуатационному сопровождению. Для этого требуется определение свыше 50 сигналов и измерение более 80 электрических, теплофизических и четырёх частотных значений оборудования.

Бортовые диагностические установки решают основные задачи:

- оперативный поиск места и определение возможных причин отказов контролируемого оборудования тепловоза для быстрого устранения локомотивной бригадой последствий отказов мерами, в том числе временными, которые бы обеспечили продвижение тепловоза с поездом по перегону даже при снижении мощности силовой установки;

- укрупнённая оценка текущего технического состояния контролируемого оборудования тепловоза;

- подготовка информационной базы для принятия решения о необходимости углублённого диагностирования локомотива в условиях депо со стационарной диагностической установкой или специальными средствами технического диагностирования;

- накопление, хранение и передачу диагностической информации в стационарные средства диагностики для прогнозирования остаточного ресурса;

- взаимодействие со стационарными системами диагностики в качестве её измерительной подстанции.

Аппаратные средства бортовых систем диагностики тепловозов включают в себя: устройство обработки информации (центральный микропроцессорный блок); энергонезависимое запоминающее устройство; температурный измеритель; дисплейный модуль (один на каждую кабину); комплект датчиков и измерительных преобразователей; комплект помехозащищённых кабелей. Отдельные устройства обмениваются информацией по последовательным каналам связи с питанием от бортовой сети тепловоза (с напряжением 110 или 75 В постоянного тока).

Энергонезависимое запоминающее устройство предназначено для записи и хранения диагностической информации. Оно включает в себя съёмный энергонезависимый накопитель и бортовое приёмно-контактирующее устройство. Температурный измеритель предназначен для преобразования термоэдс и термосопротивлений в цифровой код. Дисплейный модуль предназначен для отображения диагностической информации в алфавитно-цифровом и графическом виде и ввода необходимых команд с многофункциональной клавиатуры. Комплект измерительных преобразователей давления, тока, напряжения превращает измеряемые физические величины в унифицированный электрический сигнал с уровнем ±5 мА (±5 В).

Развитие методов оценки технического состояния направлено на прогнозирование остаточного ресурса. Результаты прогноза дают обслуживающему персоналу более важную информационную нагрузку, чем просто диагноз. Невозможно построить эффективную систему ремонта по состоянию оборудования тепловоза без умения прогнозировать его техническое состояние. В такой системе ремонта важно знать наряду с оценкой текущего состояния, а «хватит» ли запаса этого состояния, если не осуществлять предписанных правилами ремонтных воздействий до момента проведения следующего ремонта с такими же ремонтными работами.