Удосконалення технології технічного обслуговування та ремонту пасажирських вагонів, що вичерпали ресурс

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вступ. Однією з основних вимог до пасажирського вагонного парку є надійна безпечна робота протягом всього терміну служби. Разом з тим, відбувається погіршення технічного стану вагонів в залежності від терміну служби, знижується їх експлуатаційна надійність.

Аналіз технічного стану існуючого парку пасажирських вагонів залізниць України свідчить про його значне зношення. На 01.01.2006 р. інвентарний парк пасажирських вагонів налічував 7704 од., з яких 2545 вагонів відпрацювали встановлений ресурс (28 років) і мають бути виключені з експлуатації як такі, що не можуть забезпечити безпеку руху тобто, на початок року фактичний інвентарний парк пасажирських вагонів у метах нормативного терміну експлуатації становив 5159 одиниць або 76 відсотків від кількості яка була у 1990 р. (6796 вагонів).

Для утримання парку пасажирських вагонів у кількості, необхідній для задоволення потреб населення в пасажирських перевезеннях, лише за рахунок придбання нових вагонів, впродовж наступних років необхідно було придбати 3907 нових вагонів на суму 13 млрд. 917 тис. грн. Проте, при середньорічній потребі у придбанні 250 нових вагонів, за останні 16 років залізницями України за власні кошти придбано лише 226 пасажирських вагонів або приблизно 7 від загальної потреби

Актуальність теми. Через обмеженість придбання нових пасажирських вагонів у необхідній кількості, для запобігання скорочення інвентарного парку, як один із напрямків необхідно визначити нові підходи з продовження існуючого нормативного терміну служби вагонів, що вичерпали ресурс за рахунок удосконалення технології технічного обслуговування та ремонту вагонів.

В ситуації, яка склалася, актуальною являється проблема забезпечення роботоспроможності та підтримування надійного технічного стану наявного вагонного парку через проведення відновлювальних ремонтів, в тому числі з модернізацією і продовженням терміну служби. Тобто центр ваги по розв'язанню цих питань в теперішній час зміщується на якість ремонтних заходів.

Необхідно шукати нові підходи для вирішення проблеми відновлення технічного ресурсу пасажирських вагонів. Необхідно змінювати систему життєзабезпечення вагона за рахунок переходу до системи ремонту, яка була б зорієнтована на кожен конкретний вагон в залежності від його технічного стану. Індивідуальними повинні бути і строки постановки вагонів в ремонт і методи їх відновлення, тобто система ремонту повинна бути функцією їх технічного стану.

Концепція індивідуального підходу до формування технології ремонту вагона передбачає проробку і обґрунтування великого комплексу взаємопов'язаних питань і, перш за все, необхідність оцінки їх технічного стану і остатньої несучої спроможності.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана згідно діючих Державних програм і концепцій: «Реформування транспортного комплексу України»; «Реструктуризації на залізничному транспорті України» (від 1998 р.); «Розвитку транспортно - дорожнього комплексу України на 2000-2004 р.», затвердженої Кабінетом Міністрів України від 30.12.2000 р.; програми підвищення безпеки руху на залізницях України в 1997-2001 р., затвердженої постановою Кабінету Міністрів України від 22.04.97 р. №367; постанова Кабінету Міністрів України №821 від 04.08.97 р.; «Про затвердження концепції створення та функціонування національної мережі транспортних коридорів в Україні», а також науково - дослідницької роботи за темою «Технічне діагностування пасажирських купейних вагонів, що відслужили призначений термін служби з метою визначення можливості їхньої подальшої експлуатації: Отчет НИР/ДР0102U005206, от 2002 г. «Технічне діагностування пасажирських плацкартних вагонів, що відслужили призначений термін служби з метою визначення можливості їхньої подальшої експлуатації: Отчёт НИР/№ДР0102U05207, от 2002 г.

Мета та завдання дослідження. Метою роботи є удосконалення технології технічного обслуговування та ремонту вагонів, що вичерпали ресурс, на основі достовірної інформації оцінювання їх технічного стану, яка отримана за допомогою аналітичних та експериментальних методів для прийняття науково-обґрунтованих рішень по корегуванні технологічних процесів.

Для досягнення вказаної мети в дисертаційній роботі поставлені задачі:

1. Проведення обстеження і аналізу технічного стану пасажирських вагонів, які знаходяться на даний час в експлуатації.

2. Аналіз існуючої системи технічного обслуговування і ремонту пасажирських вагонів з метою подальшого переходу до системи ремонту за технічним станом.

3. Оцінка впливу ступеня корозійних та механічних пошкоджень на технічний стан вагонів в експлуатації.

4. Розробка формалізованого описання для оцінювання фактичного технічного стану вагонів що вичерпали свій ресурс.

5. Розробка методу оцінки технічного стану елементів конструкцій кузова пасажирського вагона з використанням інструментальних методів контролю.

6. Розробка науково-обґрунтованих рекомендацій щодо удосконалення системи технічного обслуговування та ремонту вагонів з врахуванням відпрацьованого ресурсу.

Об'єкт і предмет дослідження. Предметом дослідження є технологія технічного обслуговування та ремонту вагонів, що вичерпали ресурс, об'єктом - пасажирський вагон, що вичерпав ресурс.

Методи дослідження. Вирішення наукової задачі виконано на основі системного підходу, з використанням методів технічної діагностики, теорії ймовірностей, теорії алгебри логіки, математичної статистики, теорії подібності та моделювання.

Наукова новизна. Вперше:

- вперше систематизовані характерні механічні і корозійні пошкодження пасажирських вагонів, що вичерпали свій ресурс;

- запропоновані формалізовані описання, що дозволяють оцінювати міцність та стійкість елементів конструкцій вагонів з урахуванням корозійного зношення.

Доопрацьовано:

- кінцево-елементну модель для оцінювання фактичного технічного стану кузовів пасажирських вагонів;

- метод оцінки технічного стану елементів конструкцій кузова пасажирського вагона з використанням інструментальних методів контролю;

- підхід до формування технології технічного обслуговування та ремонту вагонів з врахуванням технічного стану.

Практичне значення одержаних результатів. За результатами теоретичних та експериментальних досліджень удосконалено технологію технічного обслуговування та ремонту вагонів, що вичерпали ресурс, з урахуванням їх технічного стану.

Використання запропонованої технології на Південній залізниці дозволило продовжити ресурс експлуатації 102 пасажирських вагонів.

Результати виконаних досліджень передані в Головне управління пасажирського господарства Укрзалізниці з метою впровадження на мережі залізниць України.

Особистий внесок здобувача. Усі положення і результати, які виносяться на захист, були отримані автором самостійно. В роботах, що опубліковані у співавторстві, дисертанту належить: розробка карт обстеження для контролю технічного стану литих деталів візків [1]; розрахунки міцності та стійкості пасажирських вагонів по розробленій моделі [6]; визначення деталей які не підлягають відновленню з урахуванням безпеки руху [4].

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації обговорювалися і схвалені на:

Міжнародній науково - технічній конференції «Современные материалы, технологии, оборудование и инструмент в машино- и приборостроении» (Київ, 2001 р.);

IV Міжнародній конференції «Вплив людського фактору на безпеку руху на залізничному транспорті» (Львів, 2001 р.);

І Міжнародній науково - практичній конференції «Наука в транспортному вимірі» (Київ, 2005);

Науково - технічних конференціях кафедр УкрДАЗТ, іноземних спеціалістів і працівників підприємств залізничного транспорту в 2000-2006 рр.

Список опублікованих праць за темою дисертації. Відповідно до теми дисертації опубліковано 9 наукових робіт, 6 у виданнях, що затверджені ВАК України як фахові (з них 3 одноосібно).

Структура роботи. Дисертація складається із вступу, 4-х розділів і висновку та додатків; викладена на 155 сторінках друкованого тексту; містить 37 рисунків, 27 таблиць, список використаних літературних джерел з 112 найменувань і 5 додатків.

Основний зміст роботи.

У вступі обґрунтована актуальність теми, сформульована мета і задачі дослідження, наукова новизна і практичне значення отриманих результатів. Наведено особистий внесок автора, інформацію про апробації і публікації результатів досліджень.

В першому розділі дана коротка характеристика наукової проблеми та обґрунтована її актуальність, викладений досягнутий рівень проробки питань по темі дисертації, поставлені мета та задачі дослідження.

В роботі проведений аналіз технічного стану пасажирського вагонного парку залізниць України по результатам обстеження. Аналіз існуючого парку пасажирських вагонів залізниць свідчить про його значне зношення. На 2005 р. інвентарний парк пасажирських вагонів налічував 7872 од., з яких 2458 вагонів відпрацювали свій встановлений ресурс (28 років) і мають бути виключені з експлуатації як такі, що не можуть забезпечити безпеку руху. Тобто, фактичний інвентарний парк пасажирських вагонів у межах нормативного терміну експлуатації становив 55 відсотків від кількості, яка була у 1990 р. Для підтримки інвентарного парку пасажирських вагонів в кількості необхідній для забезпечення населення в перевезеннях кожен рік необхідно було придбати близько 250 нових вагонів. Але за останні 14 років залізницями України придбано лише більш 250 пасажирських вагонів, або приблизно більш 8 від потреби.

Для відновлення вагонного парку, а також продовження його строку служби в даних умовах найбільш ефективною і економічною буде система ремонту, яка зорієнтована на кожен конкретний вагон в залежності від його технічного стану.

Основні елементи індивідуального підходу до відновлення вагонів використовуються при виконанні капітально - відновлювального ремонту (КВР) вагонів. Питаннями організації КВР займаються у багатьох організаціях. Заслуговують уваги перш за все наукові розробки ВНДІЗТа, БелДУТу, ДІІТУ. ХІІТУ та ін. Гомельський, Мінський ВРЗ, ряд великих пасажирських вагонних депо залізниць України. Серед наукових розробок, які присвячені організації КВР, необхідно відмітити роботи Савчука О.М., Сенько В.І., Пастухова І.Ф., Райкова Г.В., Лаврова А.П., Романової Т.А., Кельріха М.Б., Донченка А.В., Головка В.Ф., Борзилова І.Д. та інших.

Така динаміка має високу ступінь кореляції з технічним станом вагонів.

В першому розділі проведений аналіз різних систем технічного обслуговування та ремонту пасажирських вагонів закордонних та вітчизняних.

В даний час на залізницях СНД діє вже десята система технічного обслуговування і ремонту вагонів. Згідно з наказом №32Ц від 22.09.1980 р. з 1.01.81 р. Була введена диференційована система ремонту й обслуговування вагонів. Вона у своїй основі є планово - попереджувальною і передбачає технічне обслуговування, деповський та заводські і ремонти.

Важливим у цій системі є урахування виконаної вагоном роботи. Де реалізація системи ремонту за технічним станом в депо на кожен вагон потрібно оформлення паспорта ремонту. Доказано, що вимірник пробігу має високу кореляцію із з носовими та втомленими пошкодженнями вузлів та деталей, а також вагона в цілому.

Призначений ресурс повинен встановлюватися при виготовленні складальних одиниць, деталей та вагонів в цілому на підставі теоретичний та експериментальних досліджень. Ресурс повинен встановлюватися по терміну служби вагона до списання та на період до його ремонту.

При реалізації такої концепції кількість ремонтів у порівнянні з планово - попереджувальною системою зменшиться на 7, обсяг ремонтних робіт буде скорочено на 10-15.

Другий розділ присвячений розробці моделі визначення характеристик елементів конструкції пасажирського вагона в залежності від строку відпрацьованого ресурсу.

Як показали багаточислені обстеження технічного стану металоконструкцій кузовів пасажирських вагонів, основним видом пошкодження їх являється корозія. Процес корозії починається після втрати захисних властивостей покриття. При цьому на різних дільницях металоконструкції кузова процес корозії протікає з різною швидкістю.

Існуючий критерій максимального зносу (30% від номінальної товщини), який встановлений нормативними документами, є однаковим для всіх елементів кузова є достатньо обґрунтований, незалежно від того що елементи кузова мають різний напружений стан і корозійні процеси на різних дільницях кузова протікають з різною швидкістю.

В роботі в якості крітерія граничного стану елементів кузова приймається втрата ними несучої здатності - міцності і стійкості.

Для дослідження впливу ступеня корозійних пошкоджень на несучу здатність кузовів в дисертаційній роботі була розроблена модель прогнозування стану вагона за період життєвого циклу. Вона дозволяє моделювати технічний стан і залишкову несучу здатність кузова вагона з врахуванням корозійних пошкоджень, як для любого строку експлуатації, так і на весь період життєвого циклу вагона. Визначати граничні значення товщини елементів металоконструкцій кузова вагона та їх залишковий ресурс. Враховувати любу послідовність проведення ремонтів, а також встановлювати найбільш оптимальні строки їх проведення. Керувати відновленням технічного ресурсу вагонів.

Як основу моделі для розрахункових досліджень прийнятий метод кінцевих елементів (МКЕ) - універсальний метод розрахунку на ЕОМ конструкції будь - якої складності незалежно від геометрії, граничних умов, матеріалу і зовнішніх впливів.

Формування матриць і , проводиться програмним шляхом після введення інформації про геометрію конструкції, характері і величинах навантаження, властивостях матеріалу, типах і характеристиках кінцевих елементів.

Розрахунок геометричних характеристик автоматизований і проводиться за наступним алгоритмом: розбивають складний переріз на ряд простих або стандартних елементів, положення центрів ваги яких відомо, а момент інерції визначається по відомим формулам; проводять довільні осі , відповідно по нижній і лівій кромкам перерізу; визначають координати центра ваги , осьові моменти , .

Результати розрахунку без додаткової обробки можуть використовуватись у якості вихідної інформації для міцністного розрахунку.

Критерієм стійкості є позитивність величини другої варіації у відсотках повної потенційної енергії і навпаки. Цей критерій широко використовується для оцінки стійкості у випадках великих деформацій. Для малих деформацій задача стійкості зводиться до більш простого формулювання, оскільки при малих переміщеннях повна матриця тангенціальних твердостей зводиться до матриці початкових напруг , пропорційній величині напруг.

У другому розділі представлена модель системи технічного обслуговування та ремонту вагонів з урахуванням відпрацьованого ресурсу. Технологічний процес технічного обслуговування та ремонту пасажирського вагона що відпрацювали свій ресурс структур представлений слідуючою схемою.

На даній структурній схемі видалений компонент вектора ; контрольований вектор вихідних перемінних; відповідна; випадкова адитивна перешкода, що характеризує вплив на вихідний компонент випадкових неконтрольованих збурювань ; вектор контрольованих вхідних перемінних, що об'єднує дію перемінних та ; параметрична функція з вектором параметрів , що описує здійснюване об'єктом перетворення значень перемінних в значення вихідних перемінних .

Третій розділ присвячено розробці методики та експериментальному дослідженні експлуатаційних показників стану пасажирського вагона.

Для реалізації системи ремонту «по технічному стану» необхідно впровадження сучасних методів діагностування вагонів, які передбачають наявність не тільки спеціальних технічних засобів, але і спеціальної методики діагностування.

Така методика - методика вибіркового обслідування технічного стану металоконструкції кузовів пасажирських вагонів - розроблена автором сумісно з Всеукраїнським науково - дослідним інститутом вагонобудування.

Методика передбачає візуальне і фізичне обстеження технічного стану в трьох зонах по довжині вагона та в декількох перерізах по настилу пола, стінам і даху. Таке виділення зон і перерізів проведено на основі аналізу результатів багаточисленних обстежень технічного стану пасажирських вагонів за попередні роки в Україні, Російській Федерації і в Республіці Білорусь.

В запропонованій методиці заміри остатньої товщини елементів кузова проводяться за допомогою ультразвукових товщиномірів в контрольних точках, розташованих у виділених перерізах і зонах.

Застосування ультразвукових товщиномірів в якості засобів діагностики дозволяє оцінити технічний стан кузовів, які мають корозійні пошкодження, без їх розкриття. А це є первою і необхідною умовою переходу від планово - попереджувальної системи ремонту до ремонту «по технічному стану» Контрольні точки нанесені по перерізам і зонам так, що дозволяють по виборці замірів розповсюдити інформацію на всю генеральну сукупність, тобто на весь кузов.

Результати обстеження заносяться в розроблені діагностичні карти по всім великим збірним одиницям, а потім у вигляді банка даних у ПЕОМ.

Розрахунки сумарних напруг за результатами випробувань виконувались з застосуванням ЕОМ. Оцінка міцності елементів конструкції вагона, за результатами статичних випробувань, проводилась шляхом порівняння сумарних напруг від найбільш невигідно можливого збігу одночасно діючих нормативних навантажень по І - у та ІІІ - у режимах з допустимими напругами.

Аналіз даних випробувань показав, що найбільші напруги, які виникають від дії цих навантажень в основних несучих конструкцій вагона наступні: - в хребтовій балці мінус 191,6 МПа; шворневій балці 107,3 МПа; розріз мінус 183,9 МПа; нижня обв'язка мінус 188,6 МПа; кінцева балка 125,5 МПа; поперечна балка 1 - 135,4 МПа; поперечна балка 2 - мінус 179,0 МПа; стійка торцева мінус 76,1 МПа; стійка кутова мінус 121,7 МПа. Аналіз результатів показав, рівень напруг від дії статичних навантажень в основному нижче допустимого рівня напруг в елементах вагона як для першого так і для третього режимів.

Загальна кількість циклів навантаження вагона за один рік складає 10920 циклів, при базове число циклів з розрахунку 3 один рік складає 139 циклів.

В процесі випробувань вагона №03212503 було зроблено 700 ударів силою від 0,8 до 1,5 МН. Базове число циклів при цьому становило 842 цикла силою 1,0МН.

При базових річних циклах 139, кількість ударів 842 відповідає 6,05 рокам експлуатації вагона, а при коефіцієнті збільшення 1,2 цей термін складає 6,05/1,2=5 років.

Аналіз даних показав, що найбільші сумарні напруги, які виникають від дії ударних навантажень нижче допустимого рівня і складають: хребтова балка мінус 187,4 МПа, шворнева балка 99,1 МПа, розніс мінус 159,2 МПа, нижня обв'язка мінус 165,5 МПа; стійка торцева 67,7 МПа.

Інформація, яка отримана в результаті обстеження технічного стану металоконструкцій кузовів пасажирських вагонів, використовується для оцінки залишкової несучої здатності та залишкового ресурсу їх елементів. Така інформація необхідна для вирішення питань про технічний стан металоконструкцій кузовів, методів відновлення несучої здатності металоконструкцій кузовів при надходженні пасажирських вагонів в ремонтні бази та строків служби відновлених вагонів, виключення вагонів із інвентарного парку по технічному стану.

Дослідження технічного стану пасажирських вагонів показують, що вагони з одним і тим же терміном служби суттєво розрізняються своїм технічним станом, що викликає труднощі в організації їх ремонту та свідчить про недостатню ефективність існуючої системи відновлення технічного ресурсу вагонів.

Отримані закони розподілення дозволяють встановити вірогідність попадання в ремонт вагонів з строком служби який розглядається з заданою ступеню пошкодження, або вказати для заданої вірогідності ступінь пошкодження кузова вагона.

Четвертий розділ присвячений удосконаленню технології технічного обслуговування та ремонту пасажирських вагонів. Проблема оцінки залишкового ресурсу основних елементів кузова являється актуальною і необхідна для прийняття обґрунтованих рішень по вибору варіанта несучої здатності та призначення строків служби вагона.

В дисертації викладені розробки розрахункової моделі для оцінки залишкової несучої здібності основних елементів кузовів пасажирських вагонів, яка базується на методиці кінцевих елементів.

Модель дозволяє проводити розрахунки для любого виду і сполучень експлуатаційних навантажень з врахуванням будь яких схем зношення. При розрахунках розглядались схеми навантаження по І - му та ІІІ - му розрахункових режимах.

Похідною інформацією при використанні цього метода прогнозу залишкового ресурсу, тобто підбору апроксимуючої функції, можуть бути: зміни в часі визначального параметра, вимірювання технічного або діагностичного параметру в процесі експлуатації, граничне значення параметра, який пов'язаний з діагностичним параметром функціональною або статичною залежністю; регресійні залежності між ресурсними і діагностичними параметрами.

В четвертому розділі також надається методика використання неруйнівних методів контролю (НК), які дозволяють уточнити або визначити залежності між параметрами які використовуються методами НК і залишковими ресурсами міцності.

У даному випадку методи НК є прогнозуючими, причому прогнози ґрунтуються на кореляційних залежностях.

Залишкова міцність оцінюється по швидкості розповсюдження ультразвуку (УЗ) в металі. Причому, міжкристалічна корозія оцінюється по загасанню УЗ хвиль на фіксованій (заданій) ділянці металу елемента кузова вагона. Для оцінки ступеня враженості зовнішньою корозією використовують метод розповсюдження хвиль Лемба, Релея та ін.

Для виміру товщини металу елементів конструкцій кузова вагона застосовують луно-імпульсний метод шляхом використання товщиномірів УТ-93П, на базі мікропроцесорної техніки вітчизняних Булат - ЯМ, УТ - 111, ТУЗ - 1 та ін., та закордонних Т - Майбах П, Т - Майбах ЄС, Т Майн ЇВ та ін.

Для неруйнівного контролю зварених рамних конструкцій використовують в основному магнітопорошковий метод.

Таким чином. В існуючих умовах найбільш ефективною і економічною буде система ремонту орієнтована на кожен конкретний вагон в залежності від його технічного стану. Як строки поставки в ремонт, так і методи відновлення повинні бути індивідуальні - по технічному стану.

В цілому концепція ремонту «по технічному стану» повинна базуватися на діагностиці стану вагонів до їх надходження в ремонт, своєчасній постановці в ремонт, додатковій діагностиці в ремонтних депо, оцінці ПЕОМ залишкової міцності кузовів вагонів, вибір технології, яка забезпечує необхідну якість відновлення, визначення об'єму та вартості робіт.

Висновки

пасажирський вагон ремонт обслуговування

1. В сучасних умовах одним із основних напрямків забезпечення перевезення пасажирів є необхідність підтримки розмірів пасажирського парку вагонів за рахунок удосконалення технології технічного обслуговування та ремонту вагонів, що відпрацювали ресурс. За результатами дисертаційних досліджень показано, що строк служби пасажирських вагонів може бути подовженим до 5 років.

2. За результатами обстеження пасажирських вагонів виявлено, що розроблена технологія передбачає вибіркове обстеження кузова в трьох зонах по довжині вагона і в декількох перерізах по настилу підлоги, висоті бокової стінки і даху. Контрольні точки вибрані так, що дозволяють при обмеженій вибірці замірів оцінити загальний технічний стан кузова вагона.

3. Аналіз існуючої системи технічного обслуговування і ремонту вагонів показав, що вирішення задачі подовження їх строку потребує індивідуальної оцінки технічного стану пасажирських вагонів.

4. Для розрахункової оцінки міцності елементів конструкцій кузова вагона доцільно використовувати удосконалену автором кінцево-елементну модель, та формалізовані описання, що враховують вплив корозійних процесів та механічних пошкоджень. Для отримання початкових даних можливо використання методу інструментального контролю.

5. Для прогнозування розвитку корозійних пошкоджень кузовів пасажирських вагонів в експлуатації можливо використовувати статистичні закони розподілу площі корозійних пошкоджень кузова та його основних елементів в залежності від строку служби. На їх основі встановлено, що площі корозійних пошкоджень за період до п'яти років збільшуються в 1,5 рази.

6. Інструментом для практичної реалізації щодо удосконалення технології технічного обслуговування та ремонту вагонів є математична кінцево-елементна модель для оцінки фактичного технічного стану вагонів.

7. Отримані дані експлуатації пасажирських вагонів з подовженим строком служби, технічне обслуговування та ремонт яких проводився з застосуванням запропонованих технічних та технологічних рішень, підтверджують можливість підвищення коефіцієнту готовності на 0,12; скорочення часу невиробничого простою на 8%; підвищення безвідмовної роботи в експлуатації на 14%.

Размещено на Allbest.ru