Разработка программного обеспечения для контроля параметров тяговых двигателей подвижного состава при ремонте

Среди особо важных задач по развитию российской транспортной системы необходимо прежде всего обозначить наведение порядка и приведение в соответствие с требованиями современного уровня развития экономики с технологической и технической точки

Золкин А.Л. и др. Разработка программного обеспечения для контроля... 135

зрения, а также повышение качества перевозочного процесса в целом. Изначально данная задача должна решаться посредством обеспечения процесса перевозок современным подвижным составом нового поколения, соответствующего общемировым стандартам.

Принимая во внимание факт медленной замены парков отечественных транспортных организаций и завершения этого процесса не ранее 2030 г., специалисты-транспортники и ученые, занимающиеся проблемами в данной области, озадачены модернизацией существующего тягового подвижного состава (ТПС), диагностированием технического состояния их узлов и совершенствованием способов и технологий их ремонта, что, безусловно, окажет свое влияние на повышение надежности и эффективности эксплуатирования ТПС [7].

Скорость и степень развития научно-технического прогресса является ключевым фактором в повышении эффективности всех видов транспорта, в том числе и электроподвиж-ного состава (ЭПС). Современные экономические отношения в нашей стране, изменившиеся объемы перевозок, особенно грузовых, сформировали ряд особенностей в сфере ЭПС. В частности отмечается резкое обострение проблемы снижения эксплуатационных расходов, включая оптимизацию затрат на неплановые ремонты ТПС, экономии электроэнергии.

Первоочередного решения требуют задачи по внедрению ресурсосберегающих технологий и технических средств. Это отражено в рамках инвестиционной программы по ресурсосбережению, являющейся составной частью раздела об основных положениях «Транспортной стратегии Российской Федерации на период до 2030 года», утвержденной распоряжением Правительства Российской Федерации № 1734-р от 22.11.2008 г. [5].

Повреждения тяговых двигателей (ТД) в процессе их эксплуатации имеют тенденцию к увеличению, и это неизбежно. Средняя стоимость устранения отказа ТД в разы больше стоимости устранения повреждений иных видов оборудования.

На железнодорожной сети нашей страны фактическая интенсивность отказов ЭПС свидетельствует о том, что доля ТД составляет более 1/5 части отказов всего оборудования электровоза, а отказы по ТД имеют около 30%, при этом 85% ТД требуют капитального или частичного ремонта.

В результате увеличения эксплуатационного срока количество отказов ТД также увеличивается, что, в свою очередь, неизбежно ведет к сокращению парка эксплуатируемых электровозов и негативно отражается на их надежности. При этом особое значение имеет экономическая составляющая.

Непростые условия эксплуатации электровозов оказывают отрицательное воздействие на работу ТД, а по причине уязвимости коллекторно-щеточного узла (КЩУ) у ТД в результате воздействия ряда механических, электрических, тепловых факторов к ремонту КЩУ следует подходить комплексно [8].

Актуальность и целесообразность внедрения автоматизированных систем при ремонте подвижного состава

В реальности обстановка на железнодорожном транспорте такова: предприятиям – локомотивным ремонтным депо и заводам Желдорреммаша – в целях повышения качества ремонта и модернизации электровозов в объеме капитального ремонта с продлением срока службы необходимо внедрять разные новые методы, средства и технологии диа-

136 в ыпуск 2/2020

гностики и ремонта узлов электроподвижного состава. В результате возникает необходимость в разработке и внедрении в технологические процессы ремонта различных методов, способов, технологий и средств диагностирования и ремонта, имеющих своей целью повышение надежности КЩУ ТД, их коммутационной устойчивости и способствующих увеличению ресурса.

Целью исследования является повышение точности измерений, оперативности получения данных по изнашиванию коллекторных пластин ТД подвижного состава. В процессе ремонта ТД в локомотивных депо предлагается использовать информационно-управля-ющий комплекс, который сможет содействовать повышению контроля качества ремонта указанного узла.

Использование автоматизированных измерительно-вычислительных систем обеспечивает сокращение продолжительности ремонта и более интенсивное использование технологического оборудования при высокой точности и объективности результатов [3]. Все это достигается применением точных преобразователей измеряемых параметров, а также исключением ошибок при снятии показаний с приборов и обработке данных.

Разработка и внедрение автоматизированных систем в технологический процесс ремонта ТД

С целью решения поставленной задачи проанализирован существующий технологический процесс ремонта, производимый на основе действующих технологических карт ремонта ТД.

Согласно требованиям руководства по техническому обслуживанию и ремонту коллекторных двигателей постоянного тока типа ЭДП810У, а также учитывая специфику работы и организации технологического процесса сервисного локомотивного депо «Свердловск», рекомендуется к применению структурная схема автоматизированной системы контроля технического состояния коллекторов ТД электровозов 2ЭС6.

Автоматизированная система предполагает включение аппаратных и вычислительно-программных средств, в том числе базовый компьютер, осуществляющий учет данных по каждому приписанному к депо ТД, а также устройства, защищающие систему от сбоев в работе и т.д. [6].

Помимо этого, система должна отражать данные о локомотивах, на которых эксплуатировался данный тип ТД, его пробег, величины износов коллектора в ходе эксплуатации.

Создание указанной системы будет способствовать сведению воедино данных замеров, а также значительного объема технической документации по ТД, предоставив тем самым возможность в кратчайшие сроки получить всю необходимую информацию о состоянии коллектора.

В ходе реорганизации ОАО «РЖД» и передачи функций по ремонту сервисным компаниям, дирекции тяги как балансодержателю следует учитывать внедрение указанных систем в целях контроля за эксплуатируемыми локомотивами.

Данные должны вноситься в систему, как только локомотив поступил в приписной парк, и отслеживаться до момента исключения его из инвентаря [9]. Система дает возможность собрать требуемые данные статистики по неисправностям коллекторов ТД локомотивов и позволит прогнозировать отказы КЩУ.

Золкин А.Л. и др. Разработка программного обеспечения для контроля...    137

Структурно система представляет собой несколько функциональных подсистем:

• •    измерение данных износа объекта измерения;

• •    регистрация промежуточных и окончательных показаний;

• •    анализ и сравнение параметров износа с допускаемыми значениями;

• •    документальная фиксация результатов измерений.

Основные технические возможности программного обеспечения для контроля параметров ТД при ремонте

Предлагаемое авторами программное обеспечение главным образом предназначено осуществлять статистический расчет параметров износа коллекторов в зависимости от пробега ТД [4].

Внешний вид окна пакета программного обеспечения представлен на рисунке. Каждое измерение занимает по две строки в таблице. В поле «Номинальный диаметр коллектора, мм» следует вводить данные номинального диаметра коллектора в миллиметрах. На вкладке «Прогноз» по окончании расчета исходных данных имеется возможность рассчитать прогнозируемый диаметр коллектора и прогнозируемую величину износа в зависимости от пробега.

Вкладка «Определение основных параметров износа коллектора с результатами расчетов»

Исходные данные для работы пакета программного обеспечения:

• •    размеры диаметра коллектора ТД;

• •    информация о типе и номере двигателя, его основные технические характеристики;

• •    фамилия, имя, отчество испытателя;

138 в ыпуск 2/2020

• •    значение допуска биения;

• •    величина пробега двигателя.

По мере получения данных об относительных диаметрах коллекторов ТД из накопителя автоматизированной системы, из файла или набранного испытателем вручную пакет программного обеспечения автоматически рассчитывает диагностические параметры: биения и среднеквадратичного отклонения относительных высот коллекторных пластин, максимального значения перепадов коллекторных пластин и их среднеквадратичного отклонения, а также результатов гармонического анализа профиля коллектора ТД [10]. По результатам расчета диагностических параметров пакет программного обеспечения формирует заключение о возможности эксплуатации исследуемого коллектора ТД.

В пакет включена функция расчета диагностических параметров без учета n -го количества гармоник; имеются опции «Восстановление профиля» и «Вторая производная», дающие возможность построить функцию профиля коллектора и график изменения второй производной функции профиля коллектора без учета n -го количества гармонических составляющих.

По мере производства демонтажа ТД из-под электровоза рекомендована регистрация профиля коллектора до деповского ремонта при помощи предлагаемого программного обеспечения [2]. Вычисление данных математического ожидания и среднеквадратичного отклонения относительных высот ламелей коллектора, а также значений амплитуды первой и пятой гармонических составляющих профиля коллектора дает возможность определить степень отклонения профиля коллектора от идеальной цилиндрической формы и необходимость механической обработки коллектора.

Если состояние поверхности коллектора удовлетворительно, оценивается площадь фигур изменения интенсивности электромеханического износа ламелей коллектора относительно площади контакта ламели и щетки.

В процессе проведения механической обработки производится регистрация профиля коллектора ТД [1]. С учетом изменений данных амплитуды первой и пятой гармонических составляющих профиля коллектора готовится заключение о качестве его механической обработки.

По величине среднеквадратичного отклонения относительных высот ламелей коллектора и степени соответствия закона распределения относительных высот коллекторных пластин нормальному формируется заключение о степени отклонения профиля коллектора от идеальной цилиндрической формы.

Если механическая обработка не удовлетворяет установленным требованиям, должны быть выявлены причины некачественного выполнения работ и сформирован комплекс мер по их устранению.

Удовлетворительное состояние рабочей поверхности коллектора электродвигателя позволяет исключить операцию его механической обработки.

Проведение сборочных операций рекомендуется завершать регистрацией профиля коллектора ТД. В результате оценки изменений значений амплитуды первой и пятой гармонических составляющих функции профиля коллектора по мере завершения сборочных операций необходимо оценить качество сборки электродвигателя.

Золкин А.Л. и др. Разработка программного обеспечения для контроля...    139

Заключение

С учетом указанных возможностей разработанного программного обеспечения можно сделать достоверное предположение, что оно будет способствовать повышению уровня надежности ТД и позволит увеличить срок их эксплуатации за счет повышения качества измерений изнашивания и своевременности ремонта коллекторных пластин. Внедрение модернизированного технологического процесса ремонта ТД даст возможность существенно повысить достоверность и объективность диагностирования состояния рабочей поверхности коллектора электродвигателя в условиях локомотивного депо, что в результате повысит работоспособность ТД магистральных электровозов в процессе их эксплуатации – позволит снизить количество отказов, уменьшить число неплановых ремонтов и увеличить их срок службы.