Разработка логико-лингвистической модели пневматической системы электропоезда для задач диагностики

4. Сковородников, Е. И. Моделирование процессов функционирования дизель-генераторной установки тепловоза с целью оптимизации количества параметров контроля [Текст] / Е. И. Сковородников, В. А. Михеев // Транспорт Урала / Уральский гос. ун-т путей сообщения. - Екатеринбург. - 2009. - № 1 (20). - С. 59 - 62.

5. Анисимов, А. С. Методы исследования взаимовлияния параметров функционирования тепловоза [Текст] / А. С. Анисимов, В. А. Михеев, Ю. Б. Гришина // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2010. - № 1 (1). - С. 2 - 8.

6. Лекции по теории графов [Текст] / В. А. Емеличев, О. И. Мельников и др. - М.: Наука, 1990. - 383 с.

7. Тепловоз 2ТЭ116 [Текст] / С. П. Филонов, А. И. Гибалов и др. - М.: Транспорт, 1996. -334 с.

8. Справочник по гидравлическим сопротивлениям [Текст] / Под ред. М. О. Штейнберга. -М.: Машиностроение, 1992. - 672 с.

9. Чиняев, И. А. Судовые системы [Текст] / И. А. Чиняев. - М.: Транспорт, 1984. - 216 с.

References

1. Bervinov V. I. Tekhnicheskoe diagnostirovanie lokomotivov (Technical diagnosing of locomotives). Moscow: UMK Ministry of Railways of the Russian Federation, 1998, 193 p.

2. Osis Ia. Ia. Diagnostirovanie na graf-modeliakh: Na primerakh aviatsionnoi i avtomobil'noi tekhniki (Diagnosing on graph models: On examples aviation and automotive vehicles). Moscow: Transport, 1991, 244 p.

3. Kharlamov V. V. Metody i sredstva diagnostirovaniia tekhnicheskogo sostoianiia kollektorno-shchetochnogo uzla tiagovykh elektrodvigatelei i drugikh kollektornykh mashin posto-iannogo toka (Methods and tools for diagnosing technical condition number of reflex-brush assembly traction motors and other collector cars post-direct current). Omsk: OSTU Printing House, 2002, 233 p.

4. Skovorodnikov E. I., Mikheyev V. A. Modelling of processes functioning of diesel locomotive power for the purpose of optimization the number of control parameters [Modelirovanie protsessov funktsionirovaniia dizel'-generatornoi ustanovki teplo-voza s tsel'iu optimizatsii kolich-estva parametrov kontrolia]. Transport Urala - The Urals Transport Bulletin, 2009, no. 1 (20), pp. 59 - 62.

5. Anisimov A. S., Mikheyev V. A., Grishina Yu. B Methods of interference locomotive functioning parameters [Metody issledovaniia vzaimovliianiia parametrov funktsionirovaniia teplovo-za]. Izvestiia Transsiba - The Trans-Siberian Bulletin, 2010, no. 1 (1), pp. 2 - 8.

6. Emelichev V. A. Lektsii po teorii grafov (Lectures on graph theory). Moscow: Science, 1990, 383 p.

7. Filonov S. P. Teplovoz 2TE116 (Locomotive 2TE116). Moscow: Transport, 1996, 334 p.

8. Ed. Steinberg M. O. Spravochnikpo gidravlicheskim soprotivleniiam (Handbook of hydraulic resistance). Moscow: Mechanical engineering, 1992, 672 p.

9. Chinyaev I. A. Sudovye sistemy (Ship systems). Moscow: Transport, 1984, 216 p.

УДК 629.4.066

А. В. Щелканов

РАЗРАБОТКА ЛОГИКО-ЛИНГВИСТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПОЕЗДА ДЛЯ ЗАДАЧ ДИАГНОСТИКИ

В данной статье автором представлена логико-лингвистическая модель, обеспечивающая достаточную глубину и полноту диагностирования с соблюдением всех требуемых инструкцией проверок и норм. Для построения данной модели были определены диагностические признаки с учетом каждой из требуемых прове-

48 ИЗВЕСТИЯ Транссиба № 1(25) ОП4 С

I = 2U10

рок. Результаты разработки диагностической модели применены и прошли успешные испытания на различных типах электросекций.

Как показали исследования, существующие методики диагностирования пневматической системы электропоезда не обладают достаточными достоверностью, полнотой и глубиной диагностирования [1 - 3]. Наибольшей полнотой диагностирования обладает методика на основе инструкции по эксплуатации тормозов подвижного состава железных дорог [4] ЦТ-ЦВ-ЦЛ-ВНИИЖТ/277, однако даже она не способна обеспечить достаточную глубину диагностирования, т. е. не способна распознавать неисправности с точностью до узла [5].

Таким образом, возникает задача разработки диагностической модели, обеспечивающей достаточные глубину и полноту диагностирования с соблюдением всех требуемых инструкцией проверок и норм.

Для построения диагностической модели определим для каждой из требуемых проверок диагностические признаки. Данное соответствие приведено в таблице.

Проверки пневматической системы и соответствующие им признаки

№ п/п Проверка Признак Примечание

1 Проверка производительности компрессора Тз78 Время наполнения главного резервуара с 7 до 8 атм.

2 Проверка номинальных значений давления в магистралях ртм Среднее значение давления в ТМ

РПМ Среднее значение давления в ПМ

3 Проверка плотности тормозной и питательной магистралей dPTM Величина падения давления в ТМ за 2,5 мин

РгрП Давление в ГР после 3 мин при начальном давлении 7 атм.

4 Проверка плотности УР dPyp Утечки в УР за 3 мин

5 Проверка чувствительности ВР к торможению РТЦТ Давление в ТЦ через 5 мин после сброса давления в УР на 0,5 атм

U51T Напряжение на поездном проводе СОТ при торможении

6 Проверка чувствительности ВР к отпуску РтцО Давление в ТЦ через 4 с после перевода ручки КМ в пол 2

U51O Напряжение на поездном проводе СОТ при отпуске

7 Проверка темпа ликвидации сверхзарядного давления ТЛСД Время ликвидации сверхзарядки с 6 до 5,8 атм

РТЦХ Давление в ТЦ

8 Проверка отсутствия недопустимого снижения давления в ТЦ dP^ Утечки в ТЦ за 1 мин

9 Проверка ЭПТ на торможение РЭТТ Давление в ТЦ при торможении ЭПТ

dPэт Изменение давления в ТМ за 5 мин при ЭПТ

10 Проверка ЭПТ на отпуск РэтО Давление в ТЦ при отпуске ЭПТ

11 Проверка пропускной способности КМ ТКМ Время сброса давления в ГР с 7 до 6 атм через КМ

Перечисленные в таблице проверки являются неполными и не могут с высокой степенью достоверности определить неисправный узел пневматической системы.

Рассмотрим данное утверждение на примере некоторых признаков.

В нормально работающей пневматической системе с достаточной производительностью компрессора (ПК) в момент заряда магистралей сжатый воздух поступает от ПК в главный резервуар (ГР), далее - в питательную магистраль (ПМ), где разделяется на два основных направления: питательный резервуар (ПР) и тормозная магистраль (ТМ). Сжатый воздух поступает в ПР через редуктор и обратный клапан, в ТМ - через кран машиниста (КМ). При поездном положении КМ сжатым воздухом заряжается уравнительный резервуар (УР) и ТМ. Из ТМ сжатый воздух поступает к воздухораспределителям (ВР), через которые заряжаются запасные резервуары (ЗР). Соответственно условием удовлетворительного темпа заряда магистралей является отсутствие недопустимых утечек в указанных узлах. В данном случае

№ 1(25) ЛЛ Л I11Г1 Г( Till Транссиба 49

=2016

под недопустимыми понимаются утечки, сопоставимые с производительностью компрессора, рассчитываются они на основании математической модели пневматической системы [9] как падение давления в соответствующем узле за определенное время. Утечки в ПМ и ПР оцениваются по признаку РГРП, утечки в ТМ и подключенных к ней узлах оцениваются по признаку dPтМ. Таким образом, недопустимое значение диагностического признака производительности компрессора ТЗ78 может свидетельствовать о недопустимом техническом состоянии компрессора, ПМ (признак РГРП) и ТМ (признак dPтм) при условии достаточной пропускной способности КМ.

В свою очередь недопустимое состояние признака РгрП может быть обусловлено либо неплотностью ПМ, либо неплотностью ПР (и его обратного клапана), а недопустимое состояние признака dPтМ может быть обусловлено неплотностью ТМ, ЗР либо ВР. При этом необходимо иметь в виду то обстоятельство, что недопустимое техническое состояние ПМ или ТМ не обязательно приведет к недопустимому состоянию признака ТЗ78, и, наоборот, при определенных степенях развития дефектов компрессора, ПМ и ТМ, каждый из которых нельзя однозначно отнести к недопустимому состоянию, в совокупности могут привести к недопустимому состоянию указанного признака.

Поскольку неплотности и другие неисправности определяются при разных условиях (начальном давлении, времени фиксации) и исходя из математической модели имеют нелинейную зависимость от этих условий, то для построения модели, описывающей их взаимосвязь, необходимо приведение к некоему унифицированному количественному описанию. Построить такое описание можно, применив теорию нечетких множеств [6, 7].

Для каждой неисправности d рассматриваемых узлов пневматической цепи определяем лингвистические переменные, характеризующие степень развития дефекта В(р) ={«нет», «допустимо», «требует принятия мер», «недопустимо», «критически»}, аналогично каждому признаку ^ из рассматриваемого примера, на том же множестве определяем лингвистические переменные Е($)={«нет», «допустимо», «требует принятия мер», «недопустимо», «критически»}. Использованное множество расширено по сравнению с принятым в диагностике множеством состояний {«допустимо», «требует принятия мер», «недопустимо»} [8], при этом под значением «нет» подразумевается такая степень развития дефекта, при которой не обнаруживается его влияние на другие узлы пневматической системы, под значением «критически» - степень развития дефекта, при которой некоторый участок, включающий в себя неисправный узел, в совокупности будет находиться в недопустимом техническом состоянии. Пример нечетких множеств приведенных лингвистических значений показан на рисунке 1.

функции принадлежности

^ ' \ / \ / \ \ / \ / /

06--*-тт-\т-'-

х X Л

И 0.4----/X-/X-~-

^ / \ / \ ' I / \ / \ '

0.2--•--V--/-V--

О -I-,- -Г-^-,-^-т-"^-,-^-г -,-

Значение признака-

--допустимо; - - - — нег; - — недопустимо; - - - — критично;--требует принятия мер

Рисунок 1 - Пример нечетких множеств лингвистических значений

50 ИЗВЕСТИЯ Транссиба № 1(25) ОП4 С

I =

На основании введенных переменных можно определить и формализовать ряд нечетких логических выводов (совокупность правил нечеткого вывода), например:

Если Е(РгрП) = "недопустимо", то

Б(ПР) = "критически" и Б(ПМ) Ф "критически" или

Б(ПР) Ф "критически" и Б(ПМ) = "критически", или

Б(ПР) = "недопустимо» и Б(ПМ) = "умеренно", или

Б(ПР) = "умеренно" и Б(ПМ) = "недопустимо"

Однако с учетом того, что решением задачи диагностики является определение технического состояния узла, можно произвести обратный логический вывод, который представляется в следующем виде:

Если Е(^П) = "недопустимо" и D(ПР) = "критически", то D(ПМ) Ф "недопустимо" Если Е(^П) = "недопустимо" и D(ПР) = "недопустимо", то D(ПМ) = "умеренно" Если Е(^П) = "недопустимо" и D(ПР) Ф недопустимо", то D(ПМ) = "недопустимо"

Пусть - лингвистическое значение / ранее введенной переменной Е(5), т. е. Е(5) можно рассматривать как степень принадлежности значения признака 5 состоянию /. Также пусть В-(р) - лингвистическое значение / ранее введенной переменной В(р). Тогда модель участка пневматической системы, описанного в примере, можно выразить с помощью системы:

' £ндп (Тз78) = Dндп (ПК) 0 Ендп (РгрП ) 0 ( Енпд С^ ) п ЕДП (Тт ));

< Ендп ^РТМ ) = Ада (ТМ) 0 Dщщ (ЗР) 0 Dндп (ВР); (1) _ ЕНДП (Ргрп ) = АДП (ПР) 0 Dщщ (ПМ),

где Ф - функция граничного объединения ¡иЛФв (х) = шуп(цл0в (х) + ¡илФв (х),1).

На основе логического анализа системы (1) можно выполнить следующее преобразование:

'Андп (ПК) = Ендп (Тз78) \ (Ендп (Ргрп ) и (Ендп (¿Рм ) п ЕНДП(Ткм )));

< АНДП

АНДП (ПМ) = ЕНДП (Ргрп ) \ Dндп (ПР).

Упрощенно данную систему можно представить в виде логической схемы, приведенной на рисунке 2, однако необходимо иметь в виду, что приведенные здесь операции являются нечеткими.

Рисунок 2 - Упрощенная схема логических выводов

ИЗВЕСТИЯ Транссиба 51

Сформулируем аналогичные правила для допустимого состояния ПК, ПМ и ТМ:

£доп (ПК) = Ед0п (Тз78) и (ЕКр (Тз78) п (ЕКр (РгрП) и (ЕКр (¿Ртм) п Еядц (Ткм)); Доп (ТМ) = Ед0п (¿Ртм) и (^(¿Ртм) п (Др (ЗР) и Др (ВР)); Доп (ПМ) = ЕДоп(РгрП) и (Е^РгрП) п ДКр(ПР)).

Формализованные правила (2) и (3) определяют допустимые и недопустимые состояния ПК, ТМ и ПМ, т. е. некие граничные условия. Все, что не входит в данные условия, есть состояние «требует принятия мер», что в формализованном виде можно представить следующим образом:

Дпм (ПК) = Ддоп (ПК) п Дндп (ПК); Дпм (ТМ) = ДдоЛ(ТМ) п ДНДП(ТМ);

ДПМ (ПМ) = Ддоп (ПМ) п Дндп (ПМ).

Системы нечетких выводов (2) - (4) представляют собой логико-лингвистическую модель пневматической цепи, из которой наглядно видно, что для определения технических состояний ПК, ПМ и ТМ необходимо помимо обязательных диагностических признаков знать техническое состояние ЗР, ВР и ПР, для чего необходимо ввести дополнительные диагностические признаки и точки измерения.

На основе представленной методики разработана полная логико-лингвистическая модель пневматической системы, которая описывает взаимосвязь диагностических признаков с состоянием узлов. На основе построенной модели видно, что для обеспечения требуемой глубины диагностирования необходимо расширить число точек измерения и дополнить вектор диагностических признаков. Выбор параметров измерений для дополнительных диагностических признаков и пороговые значения можно определить на основе ранее разработанной математической модели [9].

Разработанная модель прошла успешные испытания на различных типах электросекций в 13 депо. Достоверность диагностирования, определенная по результатам разборок и ревизий узлов, неисправность в которых была обнаружена, составила не менее 95 %. Полнота выявляемых неисправностей при этом превысила 86 %, что подтверждено результатами наладки и эксплуатации электропоездов [10].

На основании изложенного можно сделать выводы.

1. Разработана логико-лингвистическая модель пневматической системы, что позволяет в формализованном виде описать взаимосвязь между значениями признаков и техническим состоянием узлов.

2. Необходимая глубина диагностирования может быть достигнута только при увеличении точек измерения и введении дополнительных признаков.

3. Лингвистические уравнения, представляющие данную модель, позволяют построить функции принадлежности для всех дополнительных диагностических признаков, на основании которых можно выстроить полный вектор диагностических признаков.

Список литературы

1. Костюков, А. В. Методика диагностирования электропневматической системы электропоездов [Текст] / А. В. Костюков, Д. В. Казарин, А. В. Щелканов // Материалы всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участием «Эксплуатационная надежность локомотивного парка и повышение эффективности тяги поездов» / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2012. - С. 121.

2. Костюков, А. В. Методика диагностирования технического состояния автотормозной системы электросекции мотор-вагонного подвижного состава [Текст] // А. В. Костюков,

ИЗВЕСТИЯ Транссиба

№ 1 (25) 2016

<

Д. В. Казарин, А. В. Щелканов // Материалы всерос. науч.-техн. конф. «Наука, образование, бизнес» / ИРСиД - Омск, 2013. - С. 210.

3. Kostyukov, A. V. Technical condition evaluation of the electric multiply unit pneutronic system equipment / A. V. Kostyukov, D. V. Kazarin, A. V. Shchelkanov // The Tenth international conference on condition monitoring and machinery failure prevention technologies CM2013, 2013.

4. Инструкция по эксплуатации тормозов подвижного состава железных дорог [Текст]. -М.: Трансинфо, 2007. - 160 с.

5. Пат. 2457966 Российская Федерация, МПК G 01 M 17/08, G 01 R 27/16. Способ диагностики технического состояния автотормозной системы электросекции мотор-вагонного состава [Текст] / Костюков В. Н., Костюков А. В., Щелканов А. В.; заявл. 15.03.2011; опубл. 10.08.2012, Бюл. № 22.

6. Заде, Л. Понятие лингвистической переменной и его применение к принятию приближенных решений [Текст] / Л. Заде - М.: Мир, 1976. - 165 с.

7. ГОСТ Р 53563-2009. Контроль состояния и диагностика машин. Мониторинг состояния оборудования опасных производств. Порядок организации [Текст]. - М.: Стандартин-форм, 2010. - 5 с.

8. Прикладные нечеткие системы [Текст] / К. Асаи, Д. Ватада и др. - М.: Мир, 1993. -368 с.

9. Костюков, В. Н. Модель пневматической системы электропоезда [Текст] / В. Н. Костюков, А. В. Щелканов // Материалы II всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участием «Технологическое обеспечение ремонта и повышение динамических качеств железнодорожного подвижного состава» / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2013. - С. 67 - 75.

10. Автоматизированная система управления безопасной ресурсосберегающей эксплуатацией и ремонтом оборудования подвижного состава пригородного пассажирского комплекса (АСУ БЭРТМ МВПС) [Текст] / В. Н. Костюков, А. В. Костюков и др. // Техника железных дорог. - 2013. - № 1. - С. 62 - 66.

References

1. Kostiukov A. V., Kazarin D. V., Shchelkanov A. V. Methods of diagnosing electro electric systems [Metodika diagnostirovaniia elektropnevmaticheskoi sistemy elek-tropoezdov]. Materialy vserossiyskoy nauchno-tekhnicheskoy konferencii «Ekspluatatsionnaia nadezhnost' lokomotivnogo parka ipovyshenie effektivnosti tiagipoezdov» (Materials All-Russia scientific-technical conference with the participation of mezhdunarldnym «The operational reliability of the locomotive fleet and improving the efficiency of train traction»). - Omsk, 2012, pp. 121.

2. Kostiukov A. V., Kazarin D. V., Shchelkanov A. V. Methods of diagnosing the technical condition of the system avtotormoznoy electric multiple motor-car rolling stock [Metodika diag-nostirovaniia tekhnicheskogo sostoianiia avtotormoznoi sistemy elektrosektsii motor-vagonnogo podvizhnogo sostava]. Materialy vserossiyskoy nauchno-tekhnicheskoy konferencii «Nauka, obra-zovanie, biznes» (Materials All-Russia scientific-technical conference «Science, education and business»). - Omsk: IRSiD, 2013, pp. 210.

3. Kostyukov A. V., Kazarin D. V., Shchelkanov A. V. Technical condition evaluation of the electric multiply unit pneutronic system equipment // The Tenth international conference on condition monitoring and machinery failure prevention technologies CM2013, 2013.

4. Instruktsiia po ekspluatatsii tormozov podvizhnogo sostava zheleznykh dorog. Ministerstvo putei soobshcheniya (Instructions for use of railway rolling stock brake. Ministry of Railways). -Moscow, 2007, 160 p.

5. Kostiukov V. N., Kostiukov A. V., Shchelkanov A. V. Patent RU 2457966, 10.08.2012.

6. Zade L. Poniatie lingvisticheskoi peremennoi i ego primenenie k priniatiiu priblizhennykh reshenii (The concept of linguistic variable and its application to decision-making under-approximation). Moscow: Mir, 1976, 165 p.

№-1(2в5) ИЗВЕСТИЯ Транссиб a 53

7. Kontrol' sostoianiia i diagnostika mashin. Monitoring sostoia-niia oborudovaniia opasnykh proizvodstv. Poriadok organizatsii, GOSTR 53563-2009 ( Condition monitoring and diagnostics of machines. Monitoring, consisting of hazardous production equipment. The order of organization, State Standart R 53563-2009). Moscow: Standartinform, 2010, 5 p.

8. Asai K., Vatada D. Prikladnye nechetkie sistemy (Applied fuzzy systems). Moscow: Mir, 1993, 368 s.

9. Kostiukov V. N., Shchelkanov, A. V. Model electric pneumatic system [Model' pnevmaticheskoi sistemy elektropoezda]. Materialy II vserossiyskoy NTK «Tekhnologiche-skoe obespechenie remonta i povyshenie dinamicheskikh kachestv zh/d podvizhnogo sostava» (Proceedings of the II All-Russia NTC «Technological-mechanical maintenance of the repair and improvement of the dynamic properties of railway rolling stock»). - Omsk, 2013, pp. 67 - 75.

10. Kostiukov V. N., Kostiukov A. V. The automated control system of safe resource-eksplua tatsiey and repair of rolling stock equipment suburban passenger com-plex (ACS BERTM MVPS) [Avtomatizirovannaia sistema upravleniia bezopasnoi resursosberegaiushchei eksplua-tatsiei i rem-ontom oborudovaniia podvizhnogo sostava prigorodnogo passazhirskogo kom-pleksa (ASU BERTM MVPS)] Tekhnika zheleznykh dorog - Technique is useful to roads, 2013, no. 1, pp. 62 - 66.

УДК 621.316.973

В. А. Кандаев, А. В. Пономарев, К. В. Авдеева, А. В. Колесник

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОРРОЗИОННОГО СОСТОЯНИЯ

ПОДЗЕМНОЙ ЧАСТИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ОПОР КОНТАКТНОЙ СЕТИ

В статье проведен анализ состояния опорного хозяйства и показано, что замена железобетонных опор должна осуществляться с учетом их фактического коррозионного состояния. Предложен новый метод определения коррозионного состояния подземной части железобетонных опор контактной сети, позволяющий проводить измерения на двух опорах одновременно. При этом вторая опора выступает в качестве токового электрода. На основе анализа переходного процесса для схемы замещения опоры контактной сети выведены формулы для определения сопротивления бетона, сопротивления и емкости границы раздела «арматура - бетон». По значениям этих параметров определяют коррозионное состояние опоры в подземной части. Использование предложенного метода позволит значительно сократить временные и трудовые затраты на проведение диагностических процедур.

Опоры контактной сети являются стратегически важными объектами инфраструктуры ОАО «Российские железные дороги», так как от их надежности напрямую зависит безопасность движения поездов. Падение опоры приводит к повреждению или обрыву контактной сети и, как следствие, к задержкам поездов и значительным материальным затратам, а иногда и к более серьезным последствиям.

В настоящее время парк опор контактной сети на 93 % состоит из железобетонных и на 7 % из металлических опор [1]. Около 30 случаев нарушений работы контактной сети в год вызвано отказом опор. С целью снижения риска непредвиденного отказа ежегодно принимаются меры по замене дефектных опор и опор, находящихся в эксплуатации более 40 лет (изменение их количества отображено на рисунке 1).

В соответствии с принятым ОАО «РЖД» планом поэтапной замены дефектных опор контактной сети на период 2013 - 2015 гг. ежегодно осуществляется замена порядка десяти тысяч опор, среди которых встречаются как остродефектные, так и бездефектные (рисунок 2).

На некоторых дорогах доля бездефектных опор среди замененных может достигать 80 % и более. В среднем по дороге из всех замененных опор 55 % оказываются дефектными и остродефектными, а 45 % могли бы находиться в эксплуатации еще длительное время.

54 ИЗВЕСТИЯ Транссиба № 1(25) ОП4 С

I = 2U10