Техническое обслуживание и ремонт локомотивов
ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИИ РЕМОНТ (ТОР) тягового подвижного состава (ТПС) - организационные и технические мероприятия, направленные на обеспечение и восстановление исправного и работоспособного состояния подвижного состава. Система ТОР включает в себя структуру ремонтного цикла (виды и объемы осмотров и ремонтов, схему их чередования и межремонтные периоды), ремонтные базы, станочное и технологическое оборудование, грузоподъемные машины и механизмы, технологические процессы, испытательные и диагностические устройства, рабочую силу и т. п.
Классификация
Различают две основные стратегии восстановления: по наработке, при которой машина изымается из эксплуатации при достижении определенной ранее заданной наработки; по состоянию, когда машину ставят в ремонт только в случае отказа или близкого к отказу состояния оборудования. Каждая из этих стратегий имеет свои преимущества и недостатки.
Преимуществом обслуживания по наработке является то, что оно позволяет одновременно производить ремонтные операции различного оборудования и таким образом уменьшать простой локомотива в ремонтах; осуществлять долговременное планирование программы и объема ремонтов различного вида; планировать поставку необходимых запасных частей и материалов. Недостаток обслуживания по наработке заключается в том, что в процессе выполнения планового ремонта (ПР) или технического обслуживания (ТО) осуществляется демонтаж оборудования независимо от его технического состояния, что в большинстве случаев приводит к неполному использованию ресурса оборудования, нерациональному расходованию запасных частей и материалов, увеличению затрат на ТО и ремонты. Кроме того, вмешательство в работу нормально функционирующего оборудования может не только не улучшить, но и ухудшить его техническое состояние, т. к. возникнут приработочные отказы. Это в свою очередь приведет к необходимости проведения дополнительных неплановых ремонтов, увеличению простоя локомотива в ремонтах. Роль технической диагностики локомотивов в системе ремонта по наработке сведена к минимуму. Простейшие контрольно-измерительные приборы и устройства используются в основном при проведении предремонтных и послеремонтных испытаний.
При техническом обслуживании и ремонте по состоянию объем и периодичность ремонтных операций определяются фактическим техническим состоянием оборудования локомотива, которое постоянно или периодически контролируется с помощью средств технического диагностирования. Операции по замене, регулировке и восстановлению в этом случае назначают при обнаружении неработоспособного оборудования или его предотказного состояния. Такое проведение ремонта позволяет уменьшить число конкомитантных отказов — отказов, вносимых в процессе ТОР, регулировки, демонтажа и монтажа оборудования на локомотиве. Оказывается возможным экономить запасные части, т. к. уменьшаются необоснованные замены узлов и деталей, повышается степень использования локомотива по назначению.
Однако переход от планово-предупредительной системы технического обслуживания и ремонта локомотивов к ремонту по потребности или по техническому состоянию применим только к сравнительно простым техническим устройствам, отдельные элементы которых можно восстанавливать независимо от других. Для восстановления большей части агрегатов, узлов локомотивов, особенно механического оборудования, необходимы постановка локомотива в депо с изъятием его из эксплуатации и проведение трудоемких монтажно-демонтажных работ, осуществление которых при ремонте каждого узла в отдельности привело бы к значительному увеличению времени нахождения локомотива в ремонтах и повышению их стоимости. Поэтому при постановке локомотива в ремонт из-за отказа какого-либо устройства или исчерпания его ресурса целесообразно восстанавливать не только это устройство, но и другие узлы и агрегаты, ресурс которых еще не исчерпан, но приближается к предельному значению. Это реализуется в виде принципа кратности межремонтных наработок, при котором все технологические операции, выполняемые на ремонте меньшего объема, полностью входят в перечень операций, выполняемых на ремонтах бблыпего объема.
В начальный период внедрения перспективных видов тяги на железных дорогах сохранялся ряд особенностей организации обслуживания локомотивов, существовавших при паровой тяге: сосредоточение ремонтной базы в крупных технически оснащенных депо; обслуживание поездов на коротких тяговых плечах; обслуживание локомотивов прикрепленными бригадами; сравнительно небольшие межремонтные пробеги. Совершенствование конструкции локомотивов и организации локомотивного хозяйства, широкое внедрение прогрессивной техники и технологии, улучшение условий, труда, повышение его производительности и качества, обобщение и распространение опыта передовых депо, применение индустриальных методов ремонта создали предпосылки для улучшения технического состояния локомотивов, увеличения межремонтных пробегов и сокращения продолжительности ремонта.
Краткие теоретические сведения
На железных дорогах России с 1940 г. до 1975 г. сохранялась тенденция к увеличению межремонтных пробегов L электровозов (рис. 5.77), которые регулярно пересматривались и закреплялись приказами: МПС — 562/а (1940 г.), 771ЦЭ (1949 г.), 89Ц (1955 г.), 48Ц (1959 г.), 46Ц (1961 г.), 17Ц (1970 г.), 22Ц (1975 г.), ЮЦ (1981 г.), 28Ц (1986 г.), М-257у (1994 г.), Л-991у (1999 г.). Пробеги между капитальными ремонтами электровозов достигли 2,1 -2,4 млн. км, что в среднем соответствует наработке между ремонтами около 12 лет. Это самая высокая в мире межремонтная наработка.
С 1986 г. система ремонтов локомотивов и моторвагонного подвижного состава включает в себя технические осмотры ТО-1, ТО-2, ТО-3, ТО-4 и ТО-5; текущие ремонты ТР-1, ТР-2 и ТР-3, выполняемые, как правило, в локомотивных депо; капитальные ремонты КР-1 и КР-2, производимые на локомотиво-ремонтных заводах. ТО-1, ТО-2, ТО-3 предназначены для предупреждения появления неисправностей ТПС в эксплуатации, поддержания его в работоспособном и надлежащем санитарно-гигиеническом состоянии. На ТО-4 производится обточка бандажей колесных пар без выкатки из-под локомотива. ТО-5 выполняется для подготовки ТПС в запас МПС, в резерв управления дороги, в капитальный или текущий ремонты, к эксплуатации после изъятия из запаса или резерва, после постройки, передислокации или ремонта. ТР-1, ТР-2 и ТР-3 проводятся для поддержания работоспособности и долговечности ТПС, восстановления основных эксплуатационных параметров и обеспечения их стабильности в межремонтный период выполнением ревизии, ремонта, замены деталей, узлов и агрегатов, регулировки и испытаний, а также частичной модернизацией. Капитальные ремонты выполняются для частичного (КР-1) или полного (КР-2) восстановления ресурса и включают замену, ремонт или модернизацию агрегатов узлов и деталей, замену (на КР-2) проводов и кабелей и оборудования с выработанным ресурсом. Объем работ на ТО, ТР и КР регламентируется Правилами, Инструкциями и другой нормативно-технической документацией, утвержденной МПС.
Модернизация и поиск увеличения резерва локомотивов
Изыскание резервов увеличения межремонтных пробегов и сокращения объемов работ по осмотру и восстановлению - главные направления совершенствования системы технического обслуживания и ремонта тягового подвижного состава. В большинстве развитых стран эта проблема решается опытно-теоретическим путем: опыт эксплуатации локомотивов, имеющих увеличенные пробеги между ремонтами, сочетается с результатами теоретических обобщений, сделанных при исследовании надежности лимитирующих агрегатов и узлов. Вследствие различий в конструкции локомотивов разных стран и условий эксплуатации не существует единой системы их осмотров и ремонтов. Так, на железных дорогах США тепловозы проходят семь видов осмотров и ремонтов (ежемесячный, полугодовой, годовой и т.д.), сроки проведения которых устанавливаются в зависимости от календарной продолжительности эксплуатации. На Британских железных дорогах в качестве параметра для учета наработки тепловозов принято время работы дизеля (в часах), а электровозов - пробег (в километрах). Для электровозов установлены текущий и периодический осмотры, средний и капитальный ремонты.
Планово-предупредительная система ремонтов становится все более гибкой и, как показывает практика, в большой степени отвечает требованиям поддержания локомотива в работоспособном состоянии. Сроки ремонта тягового подвижного состава варьируются и различаются в разных условиях эксплуатации.
Модернизация локомотивного хозяйства за рубежом
В развитых капиталистических странах одним из основных направлений совершенствования систем ремонта локомотивов является комплексное применение диагностики и вычислительной техники. Например, на железных дорогах Европы и США созданы управляющие автоматизированные системы по ремонту и эксплуатации локомотивов, используются устройства технической диагностики комплексного применения, позволяющие дифференцировать сроки выполнения ремонтов. На железных дорогах США стремятся максимально экономично использовать локомотивы, сводя к минимуму издержки, что возможно при высокой их надежности, больших ресурсах узлов и агрегатов. Один из основных путей достижения высокой эффективности использования локомотивов - обеспечение их ремонтопригодности, которая закладывается при проектировании и изготовлении оборудования, что является первой предпосылкой для создания экономичной системы технического обслуживания и ремонта. Для этого принята концепция унификации локомотивов, принцип взаимозаменяемости деталей и узлов локомотивов различных серий. Ремонтопригодность базового локомотива обеспечивается также простотой доступа ко всем деталям и узлам, сокращением числа видов инструмента, уменьшением времени обслуживания.
В 90-е гг. 20 в. система ремонтов локомотивов в зарубежных странах подвергается существенной корректировке, хотя при этом остается неизменным планово-предупредительный принцип назначения ремонтов. На основании результатов постоянно проводимых работ по повышению ресурса узлов и агрегатов локомотивов увеличивают сроки между осмотрами и ремонтами. Система текущих ремонтов предусматривает и промежуточные работы. Для тепловозов периодичность этих ремонтов, включающих в себя работы по цилиндропоршневой группе дизелей, зависит от их мощности. Работы по остальным агрегатам и узлам выполняют по мере необходимости. Межремонтные сроки дифференцируют в зависимости от условий эксплуатации. В Великобритании в результате создания узлов и агрегатов локомотивов, обладающих высокой надежностью, проведено исследование по обоснованию системы планово-предупредительных ремонтов исходя из возрастания интенсивности отказов в период между плановыми ремонтами. Целесообразным считают выполнение неплановых ремонтов, т. е. осуществляют ремонт «по состоянию». В Германии проводят научные исследования по определению соответствия сроков выполнения плановых ремонтов ресурсам лимитирующих узлов локомотивов с целью увеличения их межремонтных пробегов. Главная задача рациональной системы ремонтов — снижение затрат на ремонт локомотивов.
Большое значение для повышения эффективности системы ТОР имеет совершенствование управления ею. Об этом свидетельствует опыт создания информационно-управляющих систем, которые широко применяются за рубежом. Повышение надежности и готовности локомотивов, снижение эксплуатационных расходов достигается совершенствованием системы ТОР на основе сбора, систематизации, обработки и анализа больших объемов информации о техническом состоянии локомотивов. Это возможно только при использовании средств технической диагностики и вычислительной техники. Большой опыт в области применения ЭВМ накоплен железными дорогами США. На основе информации, поступающей из ремонтных мастерских и станций, готовятся статистические отчеты, включающие в себя информацию ремонтного и эксплуатационного характера, а также отражающие эффективность работы мастерских. Информация по ремонту заносится в специальные формы и включает в себя данные о причине нахождения локомотива в мастерских, продолжительности простоя, обнаруженных дефектах, методе восстановления и т. п. На основе информации, содержащейся в формах, определяются сроки службы деталей и узлов, наиболее часто встречающиеся причины отказов, оценивается эффективность изменения конструкции, технологии ремонта узла, эффективность мероприятий по совершенствованию системы ремонта. Результатом создания банков данных и обработки статистической информации явилось увеличение коэффициента использования тепловозов на 10%. Эту систему постоянно совершенствуют, расширяют ее функции, внедряя новые программы. На основании информации о повреждаемости узлов и агрегатов тепловозов фирма «Дженерал моторс» (Gепега1 Моtогs) проводит работы по совершенствованию дизеля. Представители заводов-изготовителей собирают и обрабатывают информацию об отказах оборудования локомотивов не только во время гарантийного срока, но и после его истечения. Оценка оптимальной эксплуатационной надежности локомотива осуществляется и по числу отказов, и по совокупности расходов на его изготовление и эксплуатацию.
Модернизация локомотивов в России
В России также началось широкое применение методов объективного контроля за техническим состоянием локомотивов. Данные, характеризующие состояние локомотивов и их узлов, получают, пользуясь как встроенными, так и стационарными диагностическими устройствами. Обработка на ЭВМ информации, полученной при диагностировании узлов и агрегатов локомотивов, позволяет определить фактическое их состояние и выявить необходимость ремонта. В результате диагностирования по состоянию получают сведения о том, работоспособен проверяемый объект или нет, т. е. удовлетворяет он всем предъявляемым требованиям или же некоторые из них (хотя бы только одно) нарушены. Таким образом, при первом способе диагностирование производится по схеме «да—нет» «исправен-неисправен». Информация обо всех отказах, т. е. случаях, когда в результате диагностирования объекта установлен факт потери его работоспособности, накапливается в специальных формах, содержащих необходимые сведения и позволяющих производить их автоматизированную обработку на ЭВМ.
Диагностирование путем оценки контролируемого параметра
При диагностировании путем оценки контролируемого параметра информация о техническом состоянии объекта получается в виде числовых значений контролируемых параметров, характеризующих это состояние. Информация накапливается в специальных формах учета контролируемых параметров. Накопленная в банке данных об отказах информация, систематизированная по видам оборудования и причинам нарушения работоспособности, позволяет рассчитать основной показатель безотказности ремонтируемого изделия - параметр потока отказов. Результаты расчета, выполненного для различных интервалов времени или пробега, полностью определяют зависимость этого показателя от наработки и оптимальный пробег между плановыми ремонтами оборудования рассматриваемого вида. Информация, накапливаемая в банке данных об изменении контролируемых параметров, достаточна для определения функции плотности распределения ресурса рассматриваемого оборудования, параметра потока его отказов и оптимального межремонтного пробега.
Увязав межремонтные пробеги с контролируемыми параметрами различных узлов и деталей в соответствии с принципом кратности, получают оптимальную структуру ремонтного цикла, в которой сведены к минимуму суммарные удельные затраты на плановые и неплановые ремонты всех элементов оборудования, контролируемых системой технической диагностики; однозначно определены число и порядок чередования ремонтов различного объема; а также перечень работ, выполняемых при ремонте каждого вида по восстановлению работоспособности отдельных узлов и деталей (объем ремонта), и пробеги между ремонтами различного объема. Все эти параметры находятся по результатам диагностирования локомотивов, т. е. отражают конкретные условия их эксплуатации и фактическое техническое состояние.
Выбор варианта восстановления узла
Определив оптимальную структуру ремонтного цикла локомотивов, можно решать оперативные вопросы, возникающие при проведении диагностирования. Одним из таких вопросов является выбор варианта восстановления узла, признанного по результатам диагностирования потерявшим работоспособность (отказавшим) или находящимся в предотказном состоянии. При восстановлении работоспособности отказавшего или близкого к отказу узла возможны два варианта проведения ремонта.
Вариант 1
Вариант 1 - отказ узла произошел на «значительном расстоянии» (по пробегу) от того планового ремонта, на котором, согласно принятой структуре, должно производиться восстановление его работоспособности. При этом может оказаться целесообразным проведение непланового ремонта отказавшего узла, а затем планового в полном объеме. Не включать восстановление отказавшего и ранее восстановленного узла в объем планового ремонта нецелесообразно, т. к. при этом его наработка до следующего планового ремонта превысит допустимую и увеличится вероятность отказа в период до следующего ремонта, что приведет опять к неплановому ремонту, т. е. нарушится установленная периодичность плановых ремонтов, а следовательно, ухудшатся их технико-экономические показатели.
Вариант 2
Вариант 2 — отказ узла произошел «вблизи» планового ремонта, в объем которого входит восстановление отказавшего узла. В этом случае может оказаться целесообразным провести ремонт в полном объеме несколько ранее установленного срока. При этом, кроме отказавшего, восстанавливаются и другие элементы, которые в оптимальной структуре ремонтного цикла должны восстанавливаться вместе с ним. Предпочтение должно быть отдано тому варианту, при котором обеспечиваются наименьшие суммарные затраты на плановые и неплановые ремонты. Для каждого элемента ТПС существует граничное значение наработки Lгр, которое разделяет межремонтную наработку на две области. Если отказ элемента происходит при наработке меньшей Lгр, то осуществляется неплановый ремонт отказавшего узла (ремонт «по потребности»). В случае, когда отказ происходит при наработке большей Lгр, производят досрочно плановый ремонт. Если восстановление отказавшего узла не входит в объем данного планового ремонта, то объем ремонта увеличивается по сравнению с расчетным. Поскольку в такой системе ремонта могут изменяться как межремонтные наработки, так и объемы плановых ремонтов, то эта система называется «планово-предупредительной системой ТОР с регулированием периодичности и объемов плановых ремонтов». Алгоритм функционирования этой системы показан на рис. 5.78.
По результатам диагностирования оборудования за период наработки, достаточный для накопления необходимого объема информации, рассчитывается оптимальная структура ремонтного цикла, в которой каждый из включенных в нее элементов восстанавливается с определенной периодичностью. При эксплуатации локомотивов регулярно производится диагностирование технического состояния оборудования. Если при очередном диагностировании обнаруживается потеря работоспособности - отказ элемента, не имеющего контролируемого параметра, то наработка до отказа этого элемента (Lотк) сравнивается с соответствующим граничным значением для выбора вида восстановления работоспособности. При Lотк < Lгр осуществляется индивидуальное восстановление - неплановый ремонт отказавшего элемента. Если же Lотк > Lгр, то досрочно выполняется очередной плановый ремонт в полном или увеличенном объеме. При диагностировании оборудования, имеющего контролируемые параметры, производится прогнозирование его технического состояния, т. е. проверяют, сохранит ли оно работоспособное состояние до следующего диагностирования. В том случае, когда прогнозируется наступление отказа рассматриваемого элемента, принимается решение о проведении планового или непланового ремонта сравнением его наработки с граничным значением.
Основная цель системы технического обслуживания и ремонта, при котором изъятие локомотива из эксплуатируемого парка осуществляется в зависимости от действительного фактического состояния его оборудования, — не допустить потери работоспособности того оборудования, состояние которого можно оценить, изучая динамику изменения его контролируемых параметров.
Одновременно такая система является плановой, т. к. объемы ремонтов рассчитаны заранее, т. е. различные восстановительные операции рассчитаны таким образом, что суммарные затраты на восстановление и поддержание работоспособного состояния локомотива сведены к минимуму. Неотъемлемой частью такой системы ТОР является техническое диагностирование, позволяющее не только оценить текущее состояние оборудования, но и прогнозировать тенденцию его изменения.