Надежность подвижного состава
НАДЕЖНОСТЬЮ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА (ПС) является его свойство сохранять во времени значения всех параметров, определяющих безопасность и выполнение графика движения поездов, сохранность грузов и комфорт пассажиров при установленной системе его обслуживания и ремонта. Исходные данные для расчета надежности подвижного состава получают по нескольким каналам: сбор информации об отказах в эксплуатации, использование результатов физического и математического моделирования, проведение ускоренных ресурсных испытаний на специальных стендах.
Признаки отказа подвижного состава
Признаками отказа ПС, позволяющими установить факт нарушения его работоспособности, является любое из следующих событий: невыполнение показателей графика движения поездов; необходимость выполнения непланового ремонта; превышение установленного объема работ на плановом текущем обслуживании или отцепка вагона от поезда. Для механической части ПС различают следующие виды отказов: конструктивные и соответствующие им модели отказов из-за износа, усталости, неуточненных факторов; технологические и соответствующие им модели отказов из-за скрытых дефектов, рассеяния характеристик, качества изготовления; эксплуатационные нарушения правил использования, обслуживания и ремонта (в том числе при маневровых и погрузоразгрузочных работах, действии сверхнормативных нагрузок). Для электрической части ПС характерными видами отказов являются электрические разрушения диэлектриков и полупроводников, нарушения коммутационных процессов.
В качестве показателей безотказности используются безотказность работы и средняя частота отказов за год. Они определяются как для каждого из типов ПС, так и для их основных систем: ходовых частей, тормозов, рамы и кузова, автосцепного оборудования, тяговых электродвигателей и т. д. Для специализированных вагонов выделяют дополнительные системы (устройства разгрузки, обогрева и т. п.).
Оценка безотказности
При оценке безотказности особо выделяют отказы, угрожающие безопасности движения. Среди них главную опасность представляют сходы подвижного состава с рельсов. Сходы возникают вследствие неустойчивости ПС, дефектов ходовых частей и несущих конструкций, нарушений в устройстве и содержании рельсовой колеи и попадания посторонних предметов в место контакта колеса и рельса. Для определения условий безотказной работы используют критерии устойчивости от опрокидывания, вползания колеса на рельс и выжимания единицы ПС продольными силами из поезда.
Серьезную опасность представляют разрывы поездов и соударения единиц ПС при сверхнормативных скоростях. В первом случае возможно неуправляемое движение части поезда, во втором — сходы и повреждения ПС и перевозимых грузов.
Вероятности безотказной работы в отношении отказов, угрожающих безопасности движения, должны составлять не менее 0,99999. Экспериментальное подтверждение такой вероятности требует большого объема статистической информации, получение которой связано с огромными материальными затратами. В то же время длительный опыт эксплуатации ПС позволил установить коэффициенты запаса, при которых не наблюдается отказов. Поэтому оценку безотказной работы для деталей ПС, отказ которых угрожает безопасности движения, принимают в виде условия:
где К3 - коэффициент запаса; [К3] - нормируемое значение этого коэффициента, обоснованное опытом длительной эксплуатации ПС; ψ - показатель, характеризующий состояние ПС или его детали, обусловленный внешними воздействиями и условиями функционирования; ψ3 - показатель, характеризующий предельное состояние.
При таком подходе появляется возможность обеспечить вероятность безотказной работы на уровне 0,9-0,999. Для деталей, выход из строя которых связан с простоями в ремонте и работой с ухудшенными параметрами, вероятность безотказной работы допускается на уровне 0,9-0,99, что приводит к общей вероятности безотказной работы вагона или локомотива за год 0,6-0,8.
Безотказность многих типов локомотивов и вагонов является недостаточной. Так, например, параметр потока отказов автосцепного оборудования составляет от 0,078 до 0,24, 1/год; кузовов от 0,046 до 0,245, 1/год; вагона в сборе от 0,335 до 0,448, 1/год.
Кроме того, отказы локомотивов принято подразделять на два рода. Отказы I рода - это отказы, приводящие к задержке в движении поезда на время более 1 часа или вызову резервного локомотива. Например, для электровоза ВЛ65 параметр потока этого вида отказов установлен равным 5,0 на 1 млн. км пробега, а для тепловоза ТЭП70 — 12 на 1 млн. км пробега. К отказам II рода относят отказы, вызывающие необходимость захода на неплановый ремонт. Например, для электровоза ВЛ65 параметр потока этого вида отказов установлен равным 0,14 на 1 млн. км пробега.
Долговечность подвижного состава
Долговечность ПС оценивают сроком службы. Для несущих деталей ПС он составляет 18-32 года, в том числе электровозы — 30 лет, электропоезда — 28, тепловозы магистральные — 20, тепловозы маневровые — 25, грузовые вагоны крытые и платформы — 32, полувагоны — 22 и цистерны — 18 лет.
Трущиеся элементы конструкций вагона оцениваются на долговечность по износу. При этом выбирают материалы и удельные давления так, чтобы наработка на отказ была не менее периода до соответствующего вида ремонта, при котором предусмотрены смена или восстановление деталей. Показатели ремонтопригодности и сохраняемости важны, но пока не нормированы.
Для повышения надежности ПС принимают различные меры. Так, на этапе проектирования вводят новые уточненные теоретические методы расчета показателей надежности, основанные на более полном учете характеристик случайного нагружения в эксплуатации и изменения прочностных свойств. На стадии отработки конструкции опытного образца проводят ускоренные ресурсные испытания как основных узлов, так и всего ПС в целом. На стадии производства совершенствуют технологические процессы и изготовления и монтажа, контролируют качество материалов и комплектующих изделий, обкатывают отдельные элементы и конструкции в целом. На стадии эксплуатации для повышения надежности ПС создают специализированные пути для текущего обслуживания ПС, вводят методы диагностирования для более качественного контроля технического состояния.