Показатели сохраняемости

При хранении и транспортировке локомотивов причины, обуславливающие возникновение отказов, связаны обычно с воздействием окружающей среды и времени. Это воздействие может приводить к отказам тех или иных систем вследствие коррозии металлических поверхностей элементов и процесса старения резиновых, синтетических деталей, их высыхания и расслоения. Для исключения подобных неприятностей в локомотивных депо должны предусматриваться и своевременно проводиться различного рода регламентные работы и проверки, а также восстановительные работы в случае обнаружения тех или иных отклонений.

В качестве количественных показателей сохраняемости используются: вероятность безотказности (сохранения работоспособности) локомотива после заданного времени хранения или транспортирования; сроки сохраняемости – гамма-процентный, средний, отнесённый к тем или иным условиям.

Поскольку срок хранения или транспортирования локомотивов – случайная величина, то её можно характеризовать плотностью распределения или интегральной функцией вероятности появления отказов , а также функцией надёжности (сохранения работоспособности) Методика определения указанных показателей ничем, по существу, не отличается от методов расчёта аналогичных показателей безотказности или ремонтопригодности локомотивов, рассмотренных нами ранее.

Определённый интерес представляет определение гамма-процентного срока сохраняемости. Это календарная продолжительность хранения и (или) транспортирования, в течение и после которой показатели безотказности, долговечности и ремонтопригодности объёкта не выйдут за установленные пределы с вероятностью , выраженной в процентах.

Пример. Требуется рассчитать показатели безотказности локомотивов, которые вначале находятся на хранении, а затем эксплуатируются. Известны характеристики надёжности (кривые убыли) при хранении и работе локомотивов, которые показаны на рис.3.10. Требуется:

─ найти наибольшую величину режимов хранения и работы локомотивов с максимальной величиной безотказности?

─ найти вероятность сохранения работоспособности локомотивов после 3 месяцев хранения и 150.10³ км пробега?

Анализ, представленных на рис. 4.10 кривых убыли, показывает, что качество хранения локомотивов и условия их эксплуатации таковы, что сначала как при хранении, так и при работе локомотивов, сохранивших работоспособность, вероятность отказов близка к нулю. Указанное состояние соответствует продолжительности хранения в 1,7 месяцев и эксплуатационному пробегу до 57.10³ км.

Рис. 4.10. Кривые надёжности при хранении и эксплуатации локомотивов

Для ответа на второй вопрос находим вероятность сохранения работоспособности локомотивов после трёх месяцев хранения – это 0,92 и при пробеге до 150.10³ км пробега – 0,88.

Тогда, вероятность сохранения работоспособности после трёх месяцев хранения и 150.10³ км пробега локомотивов не превысит

Комплексные показатели надёжности

Комплексные показатели надёжности локомотивов в большинстве случаев характеризуют одновременно свойства безотказности и ремонтопригодности. Для одновременного учёта указанных выше свойств в локомотивной практике используют коэффициенты: готовности и технического использования .

Типичный цикл работы локомотива между текущими ремонтами включает в себя только периоды полезной работы и периоды ожидания работы , т.е. предполагается, что в межремонтный период локомотив должен работать безотказно. Но, на практике так часто не получается, поскольку локомотив в результате отказа может оказаться в неработоспособном состоянии и для восстановления его работоспособности требуется проведение непланового ремонта. А это – дополнительные потери времени, которые ремонтным циклом не предусмотрены (на рис. 4.11 показаны пунктиром).

Рис. 4.11. Диаграмма продолжительности пребывания локомотива в работоспособном и не работоспособном состояниях в течение ремонтного цикла

Коэффициент готовности определяется как вероятность того, что локомотив сохраняет работоспособность в любой момент времени его непосредственного использования. Поэтому при расчёте этого коэффициента для локомотивного парка депо, в пределах ремонтного цикла, учитывается только время их полезной работы и время восстановления после отказа и не учитывается время ожидания работы.

.

Таким образом, коэффициент готовности представляет собой отношение суммарного времени безотказной работы локомотивов к сумме времени безотказной работы и суммарному времени восстановления их работоспособности после отказов в пределах рассматриваемого ремонтного цикла. В качестве ремонтных циклов можно принимать наработку локомотивов между ТО3, ТР1, ТР2 и т.д.

Оценку надёжности локомотивов с учётом времени на проведение плановых операций технического обслуживания и текущих ремонтов выполняют с помощью коэффициента технического использования

.

Коэффициент технического использования показывает вероятность сохранения работоспособного состояния локомотивов депо в произвольный момент времени. в отличие от может рассчитываться не только в пределах ремонтного цикла работы локомотивов, но и за любой интересующий нас промежуток времени их работы.

Пример. Необходимо рассчитать коэффициент технического использования локомотивного парка депо, состоящего из 56 локомотивов, в течение года их работы. Время исправной работы локомотивов =374.10³ ч. Количество неплановых ремонтов локомотивов за год работы составило 292. Среднее время восстановления работоспособности на одном неплановом ремонте – 15,6 ч.

Количество и время простоя локомотивов в плановых технологических операциях в течение года представлены в табл. 4.1.

Таблица 4.1.

Виды, количество и время простоя локомотивов в плановых технологических операциях в течение года

Вид ТО и ТР	Количество	Среднее время простоя,ч
ТО3	18192	1,2
ТР1	1672	6,4
ТР2	173,5	35,7
ТР3	47,5	132
КР1	22	194
КР2	20	1440

Рассчитаем величину

О чём же свидетельствует полученная величина коэффициента технического использования локомотивов? Умножим на количество локомотивов парка (56.0,836 = 46,8 ≈ 47).

Таким образом, в течение года в любой момент времени только 47 локомотивов из 56 выполняют полезную работу. 9 локомотивов постоянно находятся в плановых ТО, ТР, КР или восстанавливают работоспособность после отказов.

ТЕМА 5

МОДЕЛИ ОТКАЗОВ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ

ЛОКОМОТИВОВ

ВИДЫ ОТКАЗОВ, ИХ КЛАССИЦИКАЦИЯ И ФИЗИЧЕСКИЙ СМЫСЛ

В основе оценки и прогнозирования показателей надёжности, по существу, в ос­нове всей теории надёжности, лежат сведения об отказах, когда выход из строя ма­шины или элемента конструкции происходит, как правило, неожиданно, без предвари­тельных признаков неисправности.

Причинами отказов являются дефекты, имеющиеся в изделии с момента его из­готовления или проявляющиеся в процессе эксплуатации.

Наличие тех или иных дефектов в конкретном единичном изделии невозможно предвидеть в силу множества разнообразных причин случайного характера. Поэтому отказ изделия - случайное событие. Заранее не известно, будет ли оно иметь место. Тем более нельзя предсказать точно момент времени его появления. Но, характеризуя в сред­нем совокупность однородных изделий, можно оценить вероятность наступления отка­за. Поэтому, вследствие случайности отказов, количественные характеристи­ки на­дёжности изделий являются вероятностными.

Современный локомотив представляет собой очень сложный объект, состоящий из многих взаимосвязанных элементов различной конструкции и принципов действия: дизель с системами его жизнеобеспечения, тяговые электрические двигатели и генера­торы, механические и гидравлические системы, аппаратура управления и контроля, не­сущие и ходовые части и т.п. Поэтому в них встречаются практически все типы дефек­тов и связанные с ними виды отказов, которые изучаются в теории надёжности ма­шин.

Отказ локомотива - это событие, заключающееся в потере им работоспо­соб­ности или возникновении неисправностей, недопустимых в эксплуатации по дейст­вующей нормативно-технической документации. В зависимости от последствий отка­зы локомотивов условно классифицируются как порча и неплановый ремонт. В свою очередь порча локомотива в пути следования может сопровождаться восстановлением работоспособности на линии, с нарушением графика движения, и путем постановки ло­комотива в неплановый ремонт  с требованием вспомогательного локомотива для транспортирования отказавшего в депо.

В зависимости от природы возникновения и характера протекания процессов, предшествующих отказам, их можно разделить на два основных вида: внезапные и по­степенные отказы. Указанное деление условно и больше удобно с методической точки зрения, поскольку одни и те же дефекты, не существенные в одних условиях, могут стать существенными в других.

Внезапный отказ характеризуется скачкообразным изменением значений одно­го или нескольких заданных параметров изделия в результате стечения неблагоприят­ных факторов и действия случайных внешних нагрузок, превышающих расчетные ре­жимы работы машины. Такой отказ может также произойти и за счет постепенного на­копления повреждений, которые нельзя заранее обнаружить имеющимися в эксплуа­та­ции техническими средствами. Например, постепенный рост усталостной трещины в элементах конструкции экипажной части локомотива приводит к внезапному разруше­нию элемента рамы тележки, упругих элементов рессорного подвешивания, элементов тягового привода, колесных пар. Недостаток или утечка смазки - к внезапному разру­ше­нию сепаратора или вкладышей подшипников. Коррозия сварочного соединения в мик­росхеме - к внезапному обрыву цепи и т.п. Причиной возникновения внезапного отказа могут быть неправильные действия локомотивной бригады и ремонтного пер­сонала локомотивного депо. Как правило, причины, вызывающие внезапные отказы, не повто­ряются в разных экземплярах однотипных машин.

В силу непредсказуемости действия факторов, вызывающих появление внезап­ных отказов, вероятность их возникновения не зависит от длительности предшест­вую­щего периода работы детали или элемента.

Постепенные отказы характеризуются постепенным изменением значений од­ного или нескольких заданных параметров машины. В основном эти изменения проис­ходят в результате систематических, повторяющихся процессов, приводящих к одному и тому же механизму отказа. Это могут быть процессы старения, усталости металлов, из­нашивания поверхностей сопряжённых деталей, постепенного расходования резерва. Так, изоляция электрических машин и аппаратов со временем теряет эластичность, ста­новится хрупкой, происходит снижение её сопротивления; резиновые и резиноме­тал­лические детали теряют упругие свойства, расслаиваются; смазочные материалы густе­ют, металлы подвергаются коррозии. 80% отказов механических систем возника­ют вследствие износа. Усталость и старение материала приводят к изменению его структу­ры, ухудшению прочностных и упругих характеристик. Все указанные процессы могут происходить одновременно. Так, постепенное растрескивание лакового покры­тия на печатных платах систем управления приводит к проникновению влаги на по­верхность токопроводящих элементов и их коррозии. Следовательно, постепенные от­казы можно считать естественным следствием работы машин.

Вероятность возникновения постепенного отказа в течение заданного периода времени зависит от длительности предшествующего периода эксплуатации изделия. Чем больше этот период, тем больше вероятность появления отказа. Поэтому разра­ботка методов прогнозирования постепенных отказов является одной из основных за­дач тео­рии и практики надёжности.

По взаимосвязи друг с другом отказы делятся на зависимые и независимые. По­явление независимых отказов не обусловлено отказами другого объекта, а зависимых - обусловлено. Например, частые отказы подшипников и кинематических пар редукто­ров могут вызываться отказами элементов системы, которая обеспечивает их смаз­кой.

По характеру изменения возможности выполнения локомотивом или элементом его конструкции рабочих функций отказы подразделяются на функциональные и па­раметрические. При функциональном отказе анализируемая система не может дальше выполнять своих рабочих функций. Большинство рассмотренных ранее примеров от­но­сились к отказам функционирования. Они могли быть внезапными и постепен­ными, но все они приводили к тому, что дальнейшая эксплуатация изделия без прове­дения ремонта и регулировки становилась невозможной. К такого рода отказам относятся: появление течи или засоре­ний в системах охлаждения, смазки и питания дизеля; появление течи смазки через уп­лот­нения подшипниковых узлов; ухудшение процесса охлаждения электрических ма­шин и аппаратуры из-за раз регулировки систем управления; ухудшение динамических харак­теристик рессорного подвешивания в результате изменения параметров настрой­ки га­сителей колебаний и т.п.

Однако преобладающими отказами являются параметрические, когда парамет­ры изделия, характеризующие его работоспособность, выходят за установленные в технической документации пределы, но само из­делие ещё в состоянии выполнять возложенные на него функции. Правда, с недостаточной эффективностью. Например, ухуд­шение топливной экономичности дизеля локомотива, повышенная или пониженная темпера­тура тех или иных элементов, повышенный уровень вибрации или давления, износ зер­кала цилиндра двигателя или уплотнительных колец и т.п.

С позиций инженерного анализа причин появления отказов и разработки мето­дов и средств их предупреждения отказы различают:

По проявлению (или выявлению): на стоянке (при подготов­ке к поездке); на пе­регоне.

По последствиям : без последствий; приводят к невыполне­нию графика движе­ния поездов и сверхцикловым работам при вы­полнении текущих ТО и ТР; приводят к срыву графика движения поездов и выполнению непланового ремонта в депо.

По причинам :конструктивно-производственные; эксплуата­ционные; внешние случайные и климатические факторы.

По способу устранения: восстановление непосредственно на перегоне; сверх­цикловые работы при проведении плановых ТО и ТР; неплановый ремонт локомотива; капитальный ремонт локо­мотива или отказавших узлов; списание локомотива.

При выполнении инженерного анализа информации, полученной при испыта­ниях или при нормальной работе локомотивов, необходимо учитывать условия, харак­тер проявления и последствия выявленных отказов и повреждений. В частности, сле­дует дифференцированно анализировать отказы, выявленные в пути следования, при проведении ТО или ТР. В этом случае можно выделить часто повторяющиеся типовые отказы, характерные для определённой серии локомотивов. Важно знать причины, частоту и характера предварительного проявления типовых отказов. Обобщение опыта их устра­нения, позволяют существенно уменьшить потери от простоев локомотивов в ремон­тах. С другой стороны, глубокий анализ и правильная классификация отказов по ука­занным выше признакам имеют большое практическое значение для совершенствова­ния норма­тивно-технической документации и определения степени ответственности за возни­кающие отказы не только эксплуатационников, но и проектировщиков и изго­то­вителей локомотивов.

На рис.4.3, где была представлена обобщённая характеристика изменения ин­тенсивности отказов в течение всего жизненного цикла изделия, было выделено три четко разделяющихся участка. На первом, называемом периодом приработки, интен­сивность отказов по времени эксплуатации падает. В этот период достаточно быстро проявляются случайные отказы, вызванные дефектами расчета, конструирования и из­готовления, недостаточно тщательным контролем качества сборки и монтажа обору­до­вания, качества комплектующих деталей и материалов. В период нормальной эксплуатации внезапные отказы пре­валируют над постепенными. Выход элементов из строя происходит под действием на­грузок, превышающих расчётные значения. В период нелинейно нарастающей ин­тен­сивности изнашивания и старения материалов имеют место постепенные и зависи­мые отказы вплоть до достижения изделием предельного состояния.

Указанные особенности характера изменения интенсивности отказов в разные периоды жизни изделия используются для построения вероятностно-статистических моделей отказов. Такие модели позволяют прогнозировать поведение технических систем в усло­виях неизвестных причинно-следственных связей между входными факторами и вы­ходными параметрами процесса. Приближённо выбранные урав­нения кривых распределения случайных величин дают возможность не только описать характер эволюции работоспособности объекта во времени, но и рассчитать количест­венные характеристики его надежности в зависимости от назначения и конкретных ус­ловий нормальной эксплуатации.