Новые технологии и оборудование контроля и диагностирования железнодорожной техники

УДК 621.3

В. В. Молчанов, В. Г. Шахов

НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕ КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ ТЕХНИКИ

В статье рассмотрены вопросы повышения эксплуатационного надежности подвижного состава железных дорог. Приведены результаты моделирования железнодорожного транспорта как конвейерной системы. Рассмотрена новая система оперативного контроля и диагностирования подвижного состава, отличающаяся повышенной гибкостью а мобильностью

В современных условиях требования к качеству и своевременности перевозок серьезно ужесточились. Развитие информационных технологий позволяет оперативно отслеживать движение грузов (пассажиров) в реальном времени, включая их отправление и прибытие на конечные пункты. Повсеместно распространены геоинформационные системы, позволяющие их клиентам определить собственное местонахождение в пределах земного шара.

Железнодорожный транспорт с точки зрения технической кибернетики относится к системам конвейерного типа, т. е. к системам с жесткой взаимозависимостью. Поясним это на практическом примере. Предположим, на анализируемом участке железной дороги присутствует несколько поездов, движущихся в одном направлении с заданным временным интервалом. Интенсивность движения оценивается количеством поездов, находящихся на участке длины Ь (нормативный интервал; чаще всего это тяговое плечо). Если один из участников движения остановился на рассматриваемом интервале, это приводит к тому, что все поезда за ним останавливаются. Это и есть главный признак конвейерной системы.

Авторами решалась задача работы конвейерной системы при различной интенсивности движения. Качество ремонта и эксплуатации подвижных единиц оценивается в функции возможных простоев поездов во время движения. Вводится определение удельной интенсивности перевозок:

т.Ь т.Ь

С = Нш^Г = НшТ~777 = щУь

¿->00 1 Ь^-СО ^ / V1

где Ь - общая длина рассматриваемого участка;

ггц- общая масса перевозимых грузов на этом участке;

Т - время следования поезда по участку;

Ух- средняя скорость движения на участке.

Если в результате низкой надежности одной из единиц движения происходит временное его прекращение, удельная интенсивность снижается. Расчет зависимостей эффективности от разных факторов, учитывающих реальные поездные ситуации, проводился для нескольких вариантов движения.

Полученные зависимости можно представить в виде номограммы. При этом возможны два их варианта: зависимости удельной эффективности от количества поездов на рассматриваемом участке длины Ь при фиксированной технической скорости Уст (рисунок 1) и те же зависимости для разных скоростей движения (рисунок 2).

Из приведенных номограмм видно, что в обоих случаях удельная эффективность перевозок существенно зависит от длительности простоев, т. е. от надежности подвижного состава. Номограммы позволили определить фактические технические требования к параметрам диагностической системы.

Модели основаны на гипотезе дискретной модели отказа технической системы (объекта) при независимости отказов.

Фактически задача намного сложнее по ряду признаков.

не ИЗВЕСТИЯ Транссиб^ Щр

: \ \ 1 1 \

1 11 V \ \ V ъ л Ч " ч

\ > 11 Я! к N \ ь

ш я .........

Рисунок 1 - Зависимости удельной эффективности от количества поездов на рассматриваемом участке длины Ь при технической скорости Уст

7

V, км/ч -

Рисунок 2 - Зависимости удельной эффективности от количества поездов на рассматриваемом участке длиной Ь для различных скоростей V

ПГЮ

Рисунок 3 - Диаграмма результатов диагностирования

Все транспортные единицы в поезде не могут считаться независимыми, особенно в динамике. Например, значительное влияние на динамику движения поезда оказывает его формирование. Движение сухогрузных, а тем более пассажирских отличается от движения наливных вагонов. К сожалению, этот факт до сих пор не учитывается даже в плане формирования составов.

Каждая автономная транспортная единица представляет собой совокупность блоков (узлов), в принципе взаимозависимых. Учет этих факторов намного усложняет общую задачу по выражению (1), но возможно ее упрощение по следующим вариантам:

а) осуществление факторного анализа: учета особенностей отказа выделенного объекта на общий результат поездного движения;

б) усечение диапазона анализа по критерию значимости;

в) разработка адаптивных алгоритмов, основанных на приспосабливаемости алгоритмов и критериев оценивания при испытаниях конкретных объектов испытаний.

Достоверность диагностирования - степень объективного соответствия результатов диагностирования действительному техническому состоянию объекта [1]. Она может оцениваться вероятностью правильного диагноза или ошибкой. Для такой оценки используется диаграмма результатов диагностирования, приведенная на рисунке 3, гдеобозначено: Г, Б - исходное состояние диагностируемого объекта (исправен или неисправен); Г', Б' -вывод о состоянии объекта после диагностического эксперимента.

Как видно из диаграммы на рисунке 3, возможны четыре типа решения:

исходно (априорно) исправный объект после испытаний признается исправным с вероятностью Р(Г'/Г);

априорно неисправный объект после испытаний подтверждает свое состояние с вероятностью Р (Б'/ Б);

исправный объект после экспериментов ошибочно признается неисправным с вероятностью Р^Б'/гу,

неисправный объект после диагностирования ошибочно принимается годным с вероятностью р(г'/бУ

№ 4(4) 2010

ИЗВЕСТИЯ Транссиба 117

Первые два решения правильны, два другие - ошибка. По аналогии с теорией связи решение об исправности объекта при его фактической неисправности назовем ошибкой / рода:

Р^Р^'/Б).

Решение противоположного характера назовем ошибкой II рода:

рп = р(Б'1г).

Будем считать, что состояние «исправен - неисправен» образует полную группу собы-

тии:

Значит, справедливы и следующие соотношения:

Р (Г'/Г) + Р(Б'/Г) = Р (г);

Р(Б'/Б) + Р(Г/Б) = Р(Б);

Р(Г'/Г) + Р(Г'/Б) = Р(Г');

р(Б'1Б) + Р(Б'1Г) = Р(Б').

Исходя из соотношений (5) - (8) можно описать математическое ожидание диагностического эксперимента относительно объекта в виде:

Рд =

>

и относительно результатов диагностирования:

Р' =

д

>

При отсутствии ошибок выражения (4) - (9) преобразуются к виду:

Р(Г'/Г) = Р(Г) = Р(Г');

р(б'/б) = р(б) = р(б'); РД=Р'Д = Р{Г) + Р{Б) =

Выражение в (13) означает, что диагностический эксперимент абсолютно достоверен и адекватно отображает состояние объекта.

Для обеспечения количественной оценки качества диагностирования авторами предложены коэффициенты качества:

лх=Р

л2=Р

На рисунке 4 приведены номограммы коэффициентов качества для модели потока отказов в виде распределения Релея для различных дисперсий ст. Обратим внимание на то, что зависимости имеют явно выраженные экстремумы. Согласно кривым на рисунке 4 повышение качества контроля возможно при снижении интервалов между проверками тр (правые части графиков можно считать нерабочими).

ИЗВЕСТИЯ Транссиба

10

8

6 4 2

0 1 2 3 4 5 6 7

Т р -^

Рисунок 4 - Номограммы качества (распределение Релея): - -<7 = 1; ......... -<7 = 2;------<7 = 3;----<7 = 4;— ~ -<7 = 5

Существуют определенная иерархия и технологическое обеспечение поддержания надежности поездов. Первое поколение оборудования комплексной проверки надежности требовало его испытаний на специализированных стендах [ 1 ].

Второй уровень систем диагностирования основан на новом технологическом оборудовании и новых методиках испытаний. В качестве оборудования использовались стационарные или носимые персональные компьютеры [2]. Оборудование и соответствующие технологии позволили обеспечить качественно новый уровень состояния подвижных единиц.

Третье поколение систем контроля и диагностики выполняется на основе нового поколения персональных компьютеров - так называемых носимых, или карманных, компьютеров. Современные компьютерные технологии позволили освоить массовый выпуск карманных компьютеров, по своим характеристикам не уступающих ноутбукам с хорошим интерфейсом и оригинальной операционной системой, не уступающей ОС Windows. Кроме того, фирма Apple, разработавшая эту операционную систему, выпустила огромное количество прикладных программ как бесплатных, так и продающихся по невысокой цене (например, меньше доллара). Программы доступны в Интернете и охватывают широкий спектр задач, от развлекательного до профессионального назначения. Это и составляет технологии XXI в.

Предприятие ОМИКС (г. Омск) освоило серию контрольно-диагностических и измерительных модулей, которые могут использоваться в различных отраслях транспорта, промышленности, в строительстве и коммунальном хозяйстве. Основные составляющие модуля - это справочно-информационная система на базе карманного компьютера, измерительные модули и комплект интерфейсных блоков. Последние рассчитаны на УКВ-диапазон и могут обеспечить как ближнюю связь, так и выход на спутники или в корпоративные сети. Часть внешнего оборудования изготавливается предприятием самостоятельно, часть комплектуется из покупных изделий. Такая архитектура упрощает проектирование модулей под конкретные объекты и заметно удешевляет их. Так, по сравнению с системами второго поколения стоимость комплекса снижается по крайней мере втрое.

Возможности разработанной системы достаточно велики. К измерительному блоку через стандартный интерфейс можно присоединять датчики под различные физические величины (весь электрический ряд; линейные размеры и перемещения, включая вращения; давление, температуру, электрические, магнитные и электромагнитные поля и т. д.). Добавим к этому, что системный блок имеет встроенную цифровую камеру с высоким разрешением, поэтому с его помощью оператор может фиксировать диагностируемые объекты по их номерам, которые после фотографирования заносятся в базы данных.

Разработчиками созданы контрольно-диагностические комплексы для различных приложений, в том числе для локомотивов. Например, доведены до сдачи «под ключ» системы контроля топливной аппаратуры дизелей, для электроаппаратного цеха, контроля силового

И \ \ \ / / / / 1 / / / / /

: 1 ; 1 : » ; 1 « \i / / / у'

; \ » • \ \ \ \ \ Ч ' / / / <

\ \ / ч / ч / - -/ "" ' " / ✓ и

№ 4(4) 2010

коммутационного оборудования, электрических машин (тяговые двигатели, вспомогательные машины), буксовых узлов, электрооборудования пассажирских вагонов, поршневой системы дизелей и т. д. Другие технические приложения могут реализовываться на той же основе с привязкой к объектам.

Разработан комплекс стационарных модулей, обеспечивющих авторизацию пользователей и протоколирующий действия операторов в специальной базе данных.

Комплексы имеют избыточность по ресурсам, производительности, памяти, количеству контролируемых величин, возможностям связи с другими информационными системами, что обеспечивает качественно новый подход к контролю и диагностированию, а также к интегрированию таких систем в общемировую информационную сеть.

Список литературы

1. Техническая диагностика и надежность железнодорожной техники: Монография [Текст] / В. В.Молчанов, В. Г.Шахов и др. - М.: Спутник +, 2006. - 197 с.

2. Головаш, А. Н. Комплексная система обслуживания железнодорожной техники. [Текст] / А. Н. Головаш, П. Н. Рубежанский, В. Г. Шахов // Технология машиностроения. 2007,-№ 8.

УДК 620.9:005.93:502.174

М. М. Никифоров

КОНЦЕПЦИЯ ОРГАНИЗАЦИИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБСЛЕДОВАНИЯ ОАО «РОССИЙСКИЕ ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ»

В статье предложена концепция выполнения в ОАО «Российские железные дороги» требовангш Федерального закона РФ № 261 от 23.11.2009 г. в части проведения обязательного энергетического обследования и разработки целевой программы энергосбережения и повышения энергетического эффективности.

Основанием для проведения работ по энергетическому обследованию ОАО «Российские железные дороги» является реализация ст. 16 Федерального закона № 261 от 23 ноября 2009 г. «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации», согласно которой обязательное энергетическое обследование должно быть выполнено во всех организациях, осуществляющих регулируемые виды деятельности.

В соответствии с п. 2 ст. 16 ФЗ-261 проведение обязательного энергетического обследования ОАО «Российские железные дороги» должно быть завершено в период со дня вступления в силу ФЗ-261 до 31 декабря 2012 г., последующие энергетические обследования - не реже чем один раз каждые пять лет.

В соответствии с п. 1 ст. 25 ФЗ-261 организации с участием государства или муниципального образования и организации, осуществляющие регулируемые виды деятельности, должны утверждать и реализовывать программы в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности. Это обусловливает необходимость разработки по результатам энергетического обследования соответствующей программы в ОАО «Российские железные дороги» и последующего ее внедрения.

Целью проведения энергетического обследования является повышение эффективности использования и снижение потерь топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) посредством разработки и внедрения программы в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности.

Проведение энергетического обследования позволяет решить следующий комплекс задач:

120 ИЗВЕСТИЯ Транссиба | ^