Изменения

== Понятие надежности ==

== Понятие надежности ==

Надежность является единственным показателем качества, учитывающим изменчивость свойств объекта, обусловленную разбросом характеристик исходных материалов и отклонениями в технологии изготовления, а также разброс характеристик внешних нагрузок, действующих на объект, и накопление изменений, происходящих в объекте в процессе эксплуатации (старение, износ и т. п.).

Надежность является единственным показателем качества, учитывающим изменчивость свойств объекта, обусловленную разбросом характеристик исходных материалов и отклонениями в технологии изготовления, а также разброс характеристик внешних нагрузок, действующих на объект, и накопление изменений, происходящих в объекте в процессе эксплуатации (старение, [[Износ основных фондов|износ]] и т. п.).

Надежность формируется при проектировании и расчете, обеспечивается при изготовлении (производстве), реализуется и поддерживается в эксплуатации. Она зависит: от конструкции объекта и его элементов, применяемых материалов, методов защиты от вредных воздействий, системы смазки, приспособленности к ремонту и обслуживанию и др. конструктивных особенностей; от качества материалов, качества изготовления элементов и сборки объекта, методов контроля над процессом изготовления, возможностей управления технологическими процессами, методов испытаний и т. п.; от методов и условий эксплуатации, принятой системы технического обслуживания и ремонта, режимов работы и других эксплуатационных факторов.

Надежность формируется при проектировании и расчете, обеспечивается при изготовлении (производстве), реализуется и поддерживается в эксплуатации. Она зависит: от конструкции объекта и его элементов, применяемых материалов, методов защиты от вредных воздействий, системы смазки, приспособленности к ремонту и обслуживанию и др. конструктивных особенностей; от качества материалов, качества изготовления элементов и сборки объекта, методов контроля над процессом изготовления, возможностей управления технологическими процессами, методов испытаний и т. п.; от методов и условий эксплуатации, принятой системы технического обслуживания и ремонта, режимов работы и других эксплуатационных факторов.

== Надежность железнодорожного транспорта ==

== Надежность железнодорожного транспорта ==

Под надежностью ж.-д. транспорта обычно понимают его свойство обеспечивать своевременную и безопасную доставку грузов и пассажиров к месту назначения.  

Под надежностью ж.-д. транспорта обычно понимают его свойство обеспечивать своевременную и безопасную доставку [[груз]]ов и [[пассажир]]ов к месту назначения.  

Ж.-д. транспорт включает в себя технические устройства, оперативный персонал и даже элементы окружающей среды, его надежность зависит от надежности всех составляющих. К основным техническим устройствам относят земляное полотно и верхнее строение пути, искусственные сооружения, подвижной состав, системы автоматики, телемеханики и связи, а также устройства электроснабжения. Эти устройства чрезвычайно разнородны по своему составу и по физическим процессам функционирования; на их надежность влияют самые разнообразные факторы внешней среды, а именно: изменения температуры, влажности; динамические и электромагнитные воздействия со стороны подвижного состава; грозы и другие природные явления. Поэтому технические устройства должны обладать высоким уровнем безотказности. Это свойство имеет большое значение с экономической точки зрения, поскольку задержки поездов, нарушения графиков их движения из-за возникших отказов приводят к существенным материальным потерям. Еще большие потери возникают, если в результате отказов происходят аварии и крушения поездов, связанные с нанесением ущерба здоровью и жизни людей, с повреждением грузов.

Ж.-д. транспорт включает в себя технические устройства, оперативный персонал и даже элементы окружающей среды, его надежность зависит от надежности всех составляющих. К основным техническим устройствам относят [[земляное полотно]] и [[верхнее строение пути]], [[искусственные сооружения]], [[подвижной состав]], [[Системы управления движением поездов|системы автоматики, телемеханики]] и [[Информатизация и связь|связи]], а также устройства [[Электрификация и электроснабжение железных дорог|электроснабжения]]. Эти устройства чрезвычайно разнородны по своему составу и по физическим процессам функционирования; на их надежность влияют самые разнообразные факторы внешней среды, а именно: изменения температуры, влажности; динамические и электромагнитные воздействия со стороны подвижного состава; грозы и другие природные явления. Поэтому технические устройства должны обладать высоким уровнем безотказности. Это свойство имеет большое значение с экономической точки зрения, поскольку задержки поездов, нарушения [[График движения поездов|графиков их движения]] из-за возникших отказов приводят к существенным материальным потерям. Еще большие потери возникают, если в результате отказов происходят [[Авария|аварии]] и [[Крушение|крушения поездов]], связанные с нанесением ущерба здоровью и жизни людей, с повреждением грузов.

Особенность работы технических устройств ж.-д. транспорта — длительный срок службы, до нескольких десятков лет. Кроме того, важным их свойством является ремонтопригодность, так как ж.-д. транспорт работает непрерывно во времени и требуется высокая готовность всех его устройств. Особенности и условия работы ж.-д. транспорта обусловливают важность и сложность проблемы обеспечения надежности всех его технических устройств, находящихся в эксплуатации. Тем не менее, статистические данные работы железных дорог показывают, что это один из самых надежных видов транспорта.

Особенность работы технических устройств ж.-д. транспорта — длительный срок службы, до нескольких десятков лет. Кроме того, важным их свойством является ремонтопригодность, так как ж.-д. транспорт работает непрерывно во времени и требуется высокая готовность всех его устройств. Особенности и условия работы ж.-д. транспорта обусловливают важность и сложность проблемы обеспечения надежности всех его технических устройств, находящихся в эксплуатации. Тем не менее, статистические данные работы железных дорог показывают, что это один из самых надежных видов транспорта.

*зависимые, появление которых вызвано другими отказами, и независимые, появляющиеся независимо от других отказов;

*зависимые, появление которых вызвано другими отказами, и независимые, появляющиеся независимо от других отказов;

*критические, ведущие к авариям с тяжелыми последствиями (сход подвижного состава с рельсов, разрушение рельсов или несущих элементов состава и т. п.), и некритические (порча локомотива в пути следования и т. п.);

*критические, ведущие к авариям с тяжелыми последствиями (сход подвижного состава с [[рельс]]ов, разрушение рельсов или несущих элементов состава и т. п.), и некритические (порча [[локомотив]]а в пути следования и т. п.);

*ранние (приработочные) и поздние (деградационные); отказ, вызванный наступлением предельного состояния, называют ресурсным.

*ранние (приработочные) и поздние (деградационные); отказ, вызванный наступлением предельного состояния, называют ресурсным.

По причине возникновения отказы подразделяются на конструкционные, производственные и эксплуатационные; по характеру функционирования — на параметрические и непараметрические (отказы функционирования); по возможности предсказания — на постепенные и внезапные.

По причине возникновения отказы подразделяются на конструкционные, производственные и эксплуатационные; по характеру функционирования — на параметрические и непараметрические (отказы функционирования); по возможности предсказания — на постепенные и внезапные.

''Конструкционные'' отказы возникают в результате нарушения установленных норм и (или) правил проектирования, например отказы несущих деталей могут возникнуть из-за неправильного выбора соотношения между характеристиками прочности и эксплуатационной нагруженности. ''Производственные'' (технологические) отказы связаны с нарушением установленного процесса технологии изготовления или ремонта объекта; их появление можно предотвратить на основе повышения технологической дисциплины. ''Эксплуатационные'' отказы появляются из-за нарушения установленных правил и условий эксплуатации, например из-за превышения допустимой величины скорости соударения вагонов при маневрово-горочных операциях. Отказ ''функционирования'' приводит к тому, что объект не может выполнять своих функций, например тяговый двигатель не развивает вращающего момента, редуктор или колесная пара не вращаются, и т. п. Чаще всего отказ функционирования связан с поломками и заклиниванием отдельных элементов объекта. ''Параметрический'' отказ возникает из-за выхода параметров объекта за допустимые пределы, например ухудшение показателей качества (снижение силы тяги, кпд, коэффициента мощности), уменьшение энергоемкости поглощающего аппарата автосцепки и т. п. Все эти отказы не ограничивают возможность дальнейшего использования объекта, однако он становится неработоспособным с точки зрения требований, установленных техническими нормативами. Для устройств ж.-д. транспорта характерны оба последних вида отказов. ''Постепенные'' отказы возникают из-за изменения во времени свойств объекта, ухудшающих его начальные параметры и приводящих к накоплению необратимых повреждений в материале. К таким процессам относят изнашивание, коррозию, накопление усталостных повреждений, снижение диэлектрической прочности изоляции электрических машин и аппаратов и т. п. При таких отказах с ростом наработки происходит медленное изменение величины контролируемого параметра. Постепенный отказ возникнет, если в некоторый момент времени контролируемый параметр превысит свое допустимое значение.

''Конструкционные'' отказы возникают в результате нарушения установленных норм и (или) правил проектирования, например отказы несущих деталей могут возникнуть из-за неправильного выбора соотношения между характеристиками прочности и эксплуатационной нагруженности. ''Производственные'' (технологические) отказы связаны с нарушением установленного процесса технологии изготовления или ремонта объекта; их появление можно предотвратить на основе повышения технологической дисциплины. ''Эксплуатационные'' отказы появляются из-за нарушения установленных правил и условий эксплуатации, например из-за превышения допустимой величины [[Скорость роспуска|скорости соударения]] вагонов при [[Роспуск состава|маневрово-горочных операциях]]. Отказ ''функционирования'' приводит к тому, что объект не может выполнять своих функций, например [[Тяговый привод подвижного состава|тяговый двигатель]] не развивает вращающего момента, редуктор или [[колесная пара]] не вращаются, и т. п. Чаще всего отказ функционирования связан с поломками и заклиниванием отдельных элементов объекта. ''Параметрический'' отказ возникает из-за выхода параметров объекта за допустимые пределы, например ухудшение показателей качества (снижение силы тяги, кпд, коэффициента мощности), уменьшение энергоемкости поглощающего аппарата [[Автосцепка|автосцепки]] и т. п. Все эти отказы не ограничивают возможность дальнейшего использования объекта, однако он становится неработоспособным с точки зрения требований, установленных техническими нормативами. Для устройств ж.-д. транспорта характерны оба последних вида отказов. ''Постепенные'' отказы возникают из-за изменения во времени свойств объекта, ухудшающих его начальные параметры и приводящих к накоплению необратимых повреждений в материале. К таким процессам относят изнашивание, коррозию, накопление усталостных повреждений, снижение диэлектрической прочности изоляции электрических машин и аппаратов и т. п. При таких отказах с ростом наработки происходит медленное изменение величины контролируемого параметра. Постепенный отказ возникнет, если в некоторый момент времени контролируемый параметр превысит свое допустимое значение.

Процесс изменения контролируемого параметра даже для однотипных объектов протекает различно, что обусловлено отклонениями в свойствах исходных материалов и технологии изготовления, в разбросе уровней внешних нагрузок, действующих на различные объекты, и т. п. Например, износ поверхности бандажа по кругу катания (прокат) приводит к постепенному отказу колесной пары после того, как прокат достигнет допустимого уровня (5 мм при скорости движения более 120 км/ч или 7 мм — менее 120 км/ч). Внезапный отказ характеризуется скачкообразным изменением значений одного или нескольких заданных параметров объекта. Появление внезапного отказа возможно после некоторой наработки, величина которой из-за случайных отклонений внешних воздействий и характеристик однотипных объектов также является случайной. Пример внезапного отказа — хрупкое разрушение детали в результате превышения предела прочности, появление ползуна на поверхности бандажа при юзе колесной пары.

Процесс изменения контролируемого параметра даже для однотипных объектов протекает различно, что обусловлено отклонениями в свойствах исходных материалов и технологии изготовления, в разбросе уровней внешних нагрузок, действующих на различные объекты, и т. п. Например, износ поверхности [[бандаж]]а по кругу катания (прокат) приводит к постепенному отказу колесной пары после того, как прокат достигнет допустимого уровня (5 мм при скорости движения более 120 км/ч или 7 мм — менее 120 км/ч). Внезапный отказ характеризуется скачкообразным изменением значений одного или нескольких заданных параметров объекта. Появление внезапного отказа возможно после некоторой наработки, величина которой из-за случайных отклонений внешних воздействий и характеристик однотипных объектов также является случайной. Пример внезапного отказа — хрупкое разрушение детали в результате превышения предела прочности, появление [[ползун]]а на поверхности бандажа при юзе колесной пары.

== Показатели надежности ==

== Показатели надежности ==

== Восстановление и резервирование ==

== Восстановление и резервирование ==

Для некоторых объектов (резервных) характерно длительное ожидание использования по назначению (например, локомотивы, находящиеся в резерве дороги или МПС), когда также возможно появление отказов, поэтому возникает необходимость восстановления таких объектов.  

Для некоторых объектов (резервных) характерно длительное ожидание использования по назначению (например, [[Эксплуатация локомотивов и локомотивное хозяйство#Запас и резерв локомотивов|локомотивы, находящиеся в резерве дороги]] или РЖД), когда также возможно появление отказов, поэтому возникает необходимость восстановления таких объектов.  

Начальным этапом технического обслуживания и ремонта является техническое диагностирование. По результатам диагностирования в дополнение к ресурсным элементам могут быть выявлены дефектные элементы, требующие замены или восстановления.

Начальным этапом технического обслуживания и ремонта является техническое диагностирование. По результатам диагностирования в дополнение к ресурсным элементам могут быть выявлены дефектные элементы, требующие замены или восстановления.

На восстановление каждого отказа затрачивается определенное время, продолжительность которого определяется таким свойством объекта, как ремонтопригодность к восстановлению после отказа. Количественной мерой ремонтопригодности принято считать среднее время восстановления, представляющее собой математическое ожидание времени восстановления работоспособного состояния объекта после отказа. При восстановлении отказа приходится заменять отказавшие элементы, расходовать материалы, инструмент и т. д., вследствие чего увеличиваются эксплуатационные расходы.

На восстановление каждого отказа затрачивается определенное время, продолжительность которого определяется таким свойством объекта, как ремонтопригодность к восстановлению после отказа. Количественной мерой ремонтопригодности принято считать среднее время восстановления, представляющее собой математическое ожидание времени восстановления работоспособного состояния объекта после отказа. При восстановлении отказа приходится заменять отказавшие элементы, расходовать материалы, инструмент и т. д., вследствие чего увеличиваются [[эксплуатационные расходы]].

'''Структурная схема надежности''' (ССН) — условная схема, учитывающая влияние элементов и связей между ними на работоспособность объекта в целом. Она может сильно отличаться от функциональной схемы, учитывающей прохождение сигналов. Возможны два вида соединения элементов: последовательное и параллельное. ''Последовательное соединение элементов'' имеет место в том случае, когда отказ каждого из них приводит к отказу оборудования. Например, для обеспечения электроэнергией бригады по ремонту пути используется два маломощных генератора, работающих параллельно. ''Параллельное соединение'' используют в тех случаях, когда объект состоит из элементов, функционально соединенных таким образом, что отказ части из них не приводит к отказу всего объекта. С помощью ССН можно проектировать объекты с резервированием.

'''Структурная схема надежности''' (ССН) — условная схема, учитывающая влияние элементов и связей между ними на работоспособность объекта в целом. Она может сильно отличаться от функциональной схемы, учитывающей прохождение сигналов. Возможны два вида соединения элементов: последовательное и параллельное. ''Последовательное соединение элементов'' имеет место в том случае, когда отказ каждого из них приводит к отказу оборудования. Например, для обеспечения электроэнергией бригады по ремонту пути используется два маломощных генератора, работающих параллельно. ''Параллельное соединение'' используют в тех случаях, когда объект состоит из элементов, функционально соединенных таким образом, что отказ части из них не приводит к отказу всего объекта. С помощью ССН можно проектировать объекты с резервированием.

Время эксплуатации является одним из основных факторов, который необходимо учитывать на всех этапах эксплуатации технического устройства, сооружения. В начальный период эксплуатации выявляются технологические и конструкционные недостатки, что приводит к возрастанию интенсивности отказов.  

Время эксплуатации является одним из основных факторов, который необходимо учитывать на всех этапах эксплуатации технического устройства, сооружения. В начальный период эксплуатации выявляются технологические и конструкционные недостатки, что приводит к возрастанию интенсивности отказов.  

Длительность этого периода для различного оборудования может колебаться от нескольких десятков до сотен часов. Для уменьшения числа отказов в начальный период эксплуатации проводят предварительную тренировку объектов в течение определенного времени, чтобы до ввода в эксплуатацию они прошли приработку и ненадежные узлы были своевременно заменены. После достаточно длительной эксплуатации (несколько тысяч часов работы) на состоянии объектов начинает сказываться старение (износ), причиной которого являются физико-химические процессы, происходящие в элементах оборудования в течение всего времени эксплуатации. Оборудование начинает чаще отказывать. Например, у переменных резисторов и щеток электрических машин со временем изменяется сопротивление проводящего слоя; электропроводка приходит в негодность из-за высыхания и растрескивания изоляции проводов. Механические и электромеханические элементы и узлы больше подвержены износу, чем старению (редукторы, сельсины, реле, подшипники и т. п.). Скорость износа и старения определяется режимами работы и интенсивностью воздействия других факторов (температуры, влажности). С целью замедления процесса старения широко применяют герметизацию элементов или целых узлов. Износ механических элементов замедляется своевременным проведением профилактических мероприятий. В несущих элементах и конструкциях накапливаются усталостные повреждения, что может привести к появлению трещин.

Длительность этого периода для различного оборудования может колебаться от нескольких десятков до сотен часов. Для уменьшения числа отказов в начальный период эксплуатации проводят предварительную тренировку объектов в течение определенного времени, чтобы до ввода в эксплуатацию они прошли приработку и ненадежные узлы были своевременно заменены. После достаточно длительной эксплуатации (несколько тысяч часов работы) на состоянии объектов начинает сказываться старение (износ), причиной которого являются физико-химические процессы, происходящие в элементах оборудования в течение всего времени эксплуатации. Оборудование начинает чаще отказывать. Например, у переменных резисторов и щеток электрических машин со временем изменяется сопротивление проводящего слоя; электропроводка приходит в негодность из-за высыхания и растрескивания изоляции проводов. Механические и электромеханические элементы и узлы больше подвержены износу, чем старению (редукторы, сельсины, [[Рельсовая цепь|реле]], подшипники и т. п.). Скорость износа и старения определяется режимами работы и интенсивностью воздействия других факторов (температуры, влажности). С целью замедления процесса старения широко применяют герметизацию элементов или целых узлов. Износ механических элементов замедляется своевременным проведением профилактических мероприятий. В несущих элементах и конструкциях накапливаются усталостные повреждения, что может привести к появлению трещин.

К климатическим факторам относятся температура окружающей среды, влажность и атмосферные осадки, атмосферное давление, солнечная радиация. Устройства ж.-д. транспорта эксплуатируются при различных температурных условиях. Температурное влияние тем больше, чем больше скорость и частота изменения температуры. В наихудших (в этом смысле) условиях находится оборудование, расположенное вне помещений. При низких температурах пластмассы теряют прочность, резиновые изделия становятся хрупкими и растрескиваются, металлы делаются ломкими, нарушается пайка, регулировка зазоров и т. п. Повышенная температура способствует ускорению распада органических изоляционных материалов, перегреву и выходу из строя полупроводниковых элементов.

К климатическим факторам относятся температура окружающей среды, влажность и атмосферные осадки, атмосферное давление, солнечная радиация. Устройства ж.-д. транспорта эксплуатируются при различных температурных условиях. Температурное влияние тем больше, чем больше скорость и частота изменения температуры. В наихудших (в этом смысле) условиях находится оборудование, расположенное вне помещений. При низких температурах пластмассы теряют прочность, резиновые изделия становятся хрупкими и растрескиваются, металлы делаются ломкими, нарушается пайка, регулировка зазоров и т. п. Повышенная температура способствует ускорению распада органических изоляционных материалов, перегреву и выходу из строя полупроводниковых элементов.