Система утримання тягового рухомого складу з урахуванням його фактичного технічного стану

Капіца М. І., к. т. н., доцент

Дніпропетровський державний технічний університет залізничного транспорту

Головна задача раціональної системи утримання локомотивів – зниження всіх видів витрат.

Велике значення для підвищення ефективності системи технічного обслуговування і ремонту (ТОР) має досягнутий рівень управління нею. Про це свідчить досвід створення інформаційно-керуючих систем, які широко застосовуються за кордоном. Підвищення надійності тягового ру­хомого складу, скорочення експлуатаційних витрат досягається шляхом удосконалення системи ТОР на основі збору, систематизації, обробки та аналізу великих об’ємів інформації про технічний стан локомотивів. Це можливо тільки за допомогою засобів технічної діагностики та обчислю­вальної техніки.

Останнім часом в нашій країні також починають широко використо­вувати методи об’єктивного контролю за технічним станом локомотивів. Дані, що характеризують стан вузлів і локомотива в цілому, одержують, користуючись як вмонтованими, так і стаціонарними діагностичними при­строями. Опрацювання на ЕОМ інформації, отриманої під час діагносту­вання вузлів і агрегатів, дозволяє визначити фактичний стан локомотива та визначити потребу в його ремонті. Впровадження діагностичних комп­лексів, автоматизація збору та обробки інформації дає можливість при збереженні планово-попереджувального характеру системи ТОР викону­вати ремонт кожного конкретного локомотива відповідно до технічного стану в даний момент часу.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

На технічне обслуговування і ремонт тягового рухомого складу витрачається значна кількість матеріалів, потребуються чималі трудові витрати. Відомо, що витрати на технічне обслуговування та ремонт локо­мотива протягом терміну його служби в 8-10 разів перевищують його початкову вартість. Отже, удосконалюючи систему ТОР, необхідно в першу чергу добитися значного зниження експлуатаційних витрат і капі­тальних вкладень на основі оптимізації параметрів системи, поліпшенню її використання.

Система планово-попереджувальних ремонтів, яка ефективно функціонує зараз, побудована на основі методів оптимізації, припускає також і вибір відповідного критерію оптимальності. У якості такого критерію варто приймати величину (параметр), що відзеркалює ефектив­ність того чи іншого процесу, який можна було б оцінити кількісно.

Доцільним було б використання в якості критерію мінімальної суми поточних витрат і капітальних вкладень. При формуванні узагальнюючого критерію оптимальності, варто враховувати об’єми робіт, що виконуються та сукупність економічних показників, які комплексно характеризують розмір і ступінь використання всіх ресурсів – матеріальних, технічних, трудових, фінансових і тимчасових. Таким чином, систему утримання необхідно оптимізувати за критерієм, що містить у собі всі види витрат на виконання технічного обслуговування та ремонту локомотива, відне­сених до об’ємів виконаної ним роботи.

Оскільки оптимізація системи ремонту здійснюється для конкрет­них умов експлуатації, то всі відповідні значення показників, що входять у критерій, варто визначати з врахуванням цих умов. Найбільшу ефек­тивність від експлуатації локомотивів можна одержати, якщо при визначенні оптимальної системи ремонту в якості критерію оптимально­сті використовувати відношення сумарних витрат на ремонти локомоти­вів протягом визначеного періоду до обсягів виконаної протягом того ж періоду роботи, що вимірюється в тонно-кілометрах брутто, або ін.

Відомо, що в конкретних умовах експлуатації для будь якої серії локомотивів, чинником, що визначає виконану роботу, може будь-який з експлуатаційних показників. До числа таких показників можна віднести наробіток, який вимірюється в одиницях календарного часу або в тисячах кілометрів пробігу, витрата електроенергії на тягу поїздів, виконана робота в тонно-кілометрах. Всі вони пов’язані між собою лінійними залежностями. Виходячи з того, що на наших залізницях у якості основного вимірювача наробітку прийнятий лінійний пробіг, саме його і доцільно використовувати як показник виконаної роботи. Отже, критерій оптимальності можна виразити у виді відношення сумарних витрат на ремонти локомотивів за визначений період наробітку до його величини. Оптимальною буде вважатися система з параметрами, які забезпечують в експлуатації найменші приведені до одиниці їхнього наробітку витрати, тобто сумарні питомі витрати на виконання планових і позапланових ремонтів.

При побудові системи ремонту велике значення має принцип фор­мування структури ремонтного циклу, що визначає схему та послідов­ність виклнання ремонтів різних за обсягами об’ємів. Аналізуючи відомі системи технічного обслуговування і ремонту локомотивів, можна зробити такий висновок, що, незважаючи на суттєві розходження, всі вони мають загальну властивість – кратність міжремонтних наробітків. Відповідно до цього наробіток до ремонту більшого об’єму в ціле число разом перевищує наробіток до ремонту меншого об’єму. Крім того, всі операції, які виконуються в процесі меншого за обсягами ремонту, входять в об’єм робіт більшого за обсягами ремонту. Тільки при цій умові зводяться до мінімуму сумарні питомі витрати, тобто витрати, що припадають на одиницю наробітку устаткування.

До останнього часу через значну складність об'єкта дослідження, а також через дію великого числа як залежних так і незалежних чинників, значна частина яких носить випадковий характер, удосконалення системи планово-попереджувальних ремонтів проводили шляхом узагальнення досвіду експлуатації локомотивів, проведення спеціально організованих експериментів, багато в чому спираючись на інтуїцію інженерів-практиків.

На сьогодні потрібно створити таку теоретичну базу, яка б давала можливість із єдиних методологічних позицій вирішувати питання удоскона­лення системи технічного обслуговування та ремонту, тобто обгрунтовано вибирати періодичність і об’єми планових ремонтів локомотивів будь-яких серій відповідно до конкретних умов експлуатації. Навіть у межах однієї ділянки обертання умови роботи локомотивів суттєво різняться. Це стосується в першу чергу швидкостей, маси поїздів, стану колії та ін. Тому наробіток деталей до граничного стану є випадковою величиною. Очевидно, що визначення термінів ремонту деталей та вузлів локомотива потребує використання методів теорії ймовірностей та математичної статистики. Такий підхід дозволить побудувати математичну модель процесу відмов, зносу або старіння деталей та вузлів, визначити числові характеристики закону розподілу ресурсу і з врахуванням технічних і економічних чинників установити терміни планової заміни або ремонту.

Запобігання відмов рухомого складу в системі технічного обслуговування і ремонту найбільш результативно досягається тоді, коли вдається виявити втрату працездатності устаткування на найбільш ранніх її стадіях. Це можна забезпечити шляхом використання технічної діагностики в якості складової частини системи обслуговування і ремонту локомотивів. Від того, наскільки система діагностування спроможна виявляти ті елементи устаткування, які наближаються до свого граничного стану, залежить ефективність планово-попереджувальної системи технічного обслуговування і ремонту локомотивів у цілому.

Основна задача діагностування – розпізнавання технічного стану об’єкта, тобто віднесення його стану до одного з можливих класів (діагнозів). Технічним станом називається сукупність властивостей об'єкта, які змінюються в процесі експлуатації, обслуговування та ремонту. Для опису цих властивостей у технічній документації приводиться номенклатура об’єктів, а також припустимі та граничні значення кількісних та якісних ознак – діагностичних (або контрольова­них) параметрів.

Система технічного діагностування є складовим елементом більш складної системи технічного обслуговування та ремонту локомотивів, яка знаходиться на більш високому ієрархічному рівні. Розрізняють два основних варіанти системи ТОР: по наробітку, коли локомотив вилучається з експлуатації при досягненні визначеного наперед наробітку; за станом, коли локомотив ставлять у ремонт у випадку відмови або наближення до відмови якогось пристрою. Кожний із цих варіантів, який відрізняється один від одного тільки тим, яку роль, грає технічне діагностування в системі ТОР, має як переваги, так і недоліки.

Перевагами обслуговування по наробітку є те, що воно дозволяє об’єднувати ремонтні операції на різноманітному устаткуванні локомотива і тим самим скорочувати тривалість його простою в ремонті, довгострокового планування програми та об’ємів ремонтів різного виду, постачання необхідних запасних частин і матеріалів. Головний недолік складається в тому, що при виконанні планового ремонту або технічного обслуговування демонтується заздалегідь призначене до ремонту устаткування незалежно від його технічного стану. Втручання ж у роботу нормально функціонуючого устаткування може не тільки не поліпшити, але і погіршити його технічний стан. Це, в свою чергу, призведе до необхідності проведення додаткових позаплано­вих ремонтів, збільшенню простою локомотива. Роль технічної діагностики в системі ремонту за наробітком зведена до мінімуму, найпростіші контрольно-вимірювальні прилади та пристрої використовуються в основному для проведення доремонтних та післяремонтних випробувань.

При технічному обслуговуванні та ремонті по другому варіантові (за станом) об’єми та періодичність ремонтних операцій визначаються фактич­ним технічним станом устаткування локомотива, що постійно або періодично контролюється за допомогою засобів технічної діагностики. Операції по заміні, регулюванню і відновленню в цьому випадку призначають при виявленні непрацездатного устаткування або його передвідмовного стану. Такий підхід дозволяє скоротити число відмов, внесених у процес ТОР, суттєво зменшити об’єми регулювання, демонтажу і монтажу устаткування на локомотиві. З’являється також можливість заощаджувати запасні частини, оскільки скорочуються випадки необгрунтованої заміни вузлів і деталей, підвищується ступінь використання локомотива в експлуатації.

І все таки іноді висловлюється думка, що розвиток засобів технічного діагностування та їх широке застосування в локомотивному господарстві дозволить цілком перейти від планово-попереджувальної системи до ремонту за потребою, або за технічним станом локомотивів. Проте це можливо застосувати тільки до порівняно простих пристроїв, елементи яких можна відновлювати незалежно один від одного.

Для оздоровлення більшої частини агрегатів і вузлів локомотивів, особливо механічного устаткування, необхідна постановка локомотива в депо з вилученням його з експлуатації та проведення трудомістких монтажно-демонтажних робіт. Виконання таких робіт під час ремонту кожного вузла окремо призвело б до значного збільшення часу перебування локомотива в ремонтах і підвищенню їхньої вартості. Тому при постановці локомотива в ремонт через відмову якогось пристрою або вичерпання його ресурсу доцільно відновлювати не тільки цей пристрій, але й інші вузли та агрегати, ресурс яких ще не вичерпаний, але наближається до граничного значення. Така система, одночасно враховує фактичний стан устаткування.

Система технічного обслуговування і ремонту локомотивів з ураху­ванням їхнього фактичного стану повинна бути заснована на повній та достовірній інформації про устаткування кожного локомотива. Найбільш ефективним засобом одержання такої інформації є технічне діагностування з використанням автоматизованих діагностично-статистичних комплексів (АДСК).

Основну увагу варто приділити визначенню місця технічному діагностуванню в системі ТОР, оскільки це безпосередньо стосується побудови оптимальної системи, що використовує повну та достовірну інформацію про технічний стан устаткування локомотивів. По характеру цієї інформації розрізняють два різновиди діагностування – визначення стану об’єкта та оцінка параметрів, що підлягають контролю.

В результаті діагностування одержують зведення про те, працездатний об’єкт, що перевіряється, чи ні, тобто чи задовольняє він усім встановленим вимогам або ж якісь із них порушені. Таким чином, при першому способі діагностування проводиться за схемою «так–ні», «справний–несправний». Інформація про усі відмови (тобто коли установлений факт утрати працездатності об’єкта) накопичується в спеціальних формах, що містять в собі необхідні зведення і дозволяють виконувати їх автоматизовану обробку на ЕОМ. Використовуючи апарат математичної статистики і теорію надійності, по цій інформації можна визначити оптимальний наробіток устаткування до ремонту.

При діагностуванні шляхом оцінки контрольованих параметрів інформація формується у вигляді їх числових значень, що і характеризують технічний стан об’єкта. По цій інформації, яка накопичується в спеціальних формах обліку, визначають вид закону розподілу контрольованих парамет­рів, на підставі чого і чого знаходять усереднені для даних умов експлуатації оптимальні терміни проведення ремонтів. Крім того, використовуючи дані, накопичені в цих формах, можна спрогнозувати область наробітків значень контрольованих параметрів, виявити ті з них, що виходять за встановлений допуск. У такий спосіб з’являється можливість оперативно змінювати терміни відновлення устаткування з урахуванням його фактичного стану.

Ув’язавши оптимальні міжремонтні пробіги окремих вузлів і деталей відповідно до принципу кратності, можна одержати оптимальну структуру ремонтного циклу. У ній зводяться до мінімуму сумарні питомі витрати на планові та позапланові ремонти всіх елементів устаткування, контрольованих системою технічної діагностики, однозначно встановлю­ються кількість і порядок проведення ремонтів різних об’ємів, перелік робіт, що виконуються під час кожного виду ремонту, пробіги між ремон­тами різного об’єму. Важливо підкреслити, що всі ці параметри визнача­ються за результатами експлуатації та діагностування локомотивів, тобто відзеркалюють їх фактичний технічний стан.

Визначивши раціональну структуру ремонтного циклу, можна вирішувати оперативні питання, що виникають під час діагностування. Одним із таких питань є вибір варіанта відновлення вузла, визначеного за результатами діагностуівання, як такого що втратив працездатність або знаходиться в передвідмовному стані.

При відновленні працездатності вузла, який відмовив або ж має передвідмовний стан, можливі два варіанти проведення ремонту. Перший варіант – відмова вузла відбулася на «значній відстані» (по пробігу) від того планового ремонту, на якому відповідно до прийнятої структури повинна відновлятися його працездатність. При цьому може виявитися необхідним проведення позапланового ремонту вузла, що відмовив, а потім планового в повному об’ємі. Не включати раніше відновлений вузол та той що тільки що відмовив, в об’єм планового ремонту недоцільно, оскільки при цьому його наробіток до наступного планового ремонту може перевищити припустимий. В результаті збільшиться можливість відмови в міжремонтний період, що знову призведе до позапланового ремонту, тобто порушиться встановлена періодичність планових ремонтів, а отже, погіршаться їхні техніко-економічні показники. Другий варіант – вузол відмовив «поблизу» планового ремонту, і не потрапив до перелі­ку вузлів що підлягають відновленню. В цьому випадку може виявитися доцільним виконати ремонт у повному об’ємі дещо раніше встановлено­го терміну. При цьому, крім тих, що відмовили, відновляються й інші елементи, що в оптимальній структурі ремонтного циклу повинні віднов­люватися разом із ним.

Превагу варто віддати тому варіанту, при якому забезпечуються найменші сумарні витрати на планові та позапланові ремонти.

Викладене визначає новий підхід до побудови системи технічного обслуговування і ремонту, при якому локомотив вилучається з парку експлуатації в залежності від фактичного стану його устаткування. Основне призначення такої системи – не припустити втрати працездатності устаткування, стан якого можна оцінити, вивчаючи динаміку зміни його контрольованих параметрів. Одночасно система є плановою, оскільки обсяги ремонтів розраховані заздалегідь, а перелік операцій згруповані таким чином, що сумарні витрати на відновлення і підтримку працездатного стану локомотива зведені до мінімуму.