Диагностика в системе технического обслуживания и ремонта локомотивов

Конструкции электроподвижного состава и локомотивов усложняются, что объективно диктуется требованиями увеличения мощности, снижения энергетических затрат на тягу поездов, повышения безопасности движения, автоматизацией управления с выбором оптимальных режимов и т. д. Контроль состояния локомотивов, их агрегатов, узлов и деталей осуществляется на протяжении всего срока эксплуатации локомотивов как во время работы их на линии, так и в периоды производства осмотров и ремонтов. Во время поездок локомотивная бригада ведет постоянный контроль за состоянием локомотива и его агрегатов по приборам, фиксирующим силу тока и напряжение главного генератора, напряжение вспомогательного генератора, давление топлива, воды в масла, частоту вращения вала дизеля, скорость движения, давление воздуха в тормозной магистрали, запасном резервуаре в тормозных цилиндрах и др., и осуществляет периодический осмотр агрегатов и узлов локомотива во время движения и на остановках. Замеченные неполадки в работе локомотива, не требующие немедленной остановки, бригада фиксирует в Журнале формы ТУ-152 и по прибытии в депо докладывает об этом.

Особенно большой сложностью отличаются схемы современных локомотивов с тиристорно-импульсными системами управления, с передачами переменного тока. Усложняется не только электрическая, но и механическая часть за счет использования более сложных систем подвески и передач, тормозных и рессорных систем. В связи с этим увеличивается объем контрольных работ на ТО и повышаются требования к их качеству в эффективности. Исследования показывают, что из общего количества операций ТО более 50 % приходится на контрольные работы. В то же время анализ технологических процессов ТО и ТР, например локомотивов, показывает, что еще недавно почти 2/3 рабочего времени использовалось непроизводительно: около 20% времени ТО затрачивалось на локализацию дефектной области (выявление неисправного узла или агрегата), около 40% —на поиск дефекта внутри этой области и только 35% —на восстановление (ремонт) отказавшего элемента. Поэтому столь актуальна разработка совершенных методов и средств выявления неисправностей, контроля технического состояния деталей, узлов и агрегатов локомотивов. Требуется и соответствующая организация технического обслуживания, совмещаемого с контрольно-диагностическими операциями, выполняемыми на специализированных позициях потока и стационарных постах с помощью специальных средств диагностирования.

Диагностирование - особый технологический процесс технического контроля - определение технического состояния и прогнозирование работоспособности оборудования по диагностическим параметрам, функционально связанным с рабочими параметрами, характеризующими техническое состояние этого оборудования. Диагностическими параметрами могут быть потребляемый ток, электрическое сопротивление, тепловой режим, вибрация и шумовой эффект, степень герметичности, наличие продуктов изнашивания трущихся деталей в смазочных маслах и т. д.

Технической диагностикой решаются три типа задач:

1) задачи диагноза - т. е. определение технического состояния, в котором находятся локомотив и его элементы в настоящий момент времени;

2) задачи прогнозирования состояния локомотива и его элементов, в котором они будут находиться в некоторый будущий момент времени;

3) задачи генеза - определение состояния локомотива и его элементов, в котором они находились в некоторый прошлый момент времени.

Позиции (посты) диагностики могут включаться в поточные линии в начале для выявления неисправностей, в конце - для контроля исправного состояния после ТО и ремонта. Входные и выходные посты диагностики могут совмещаться. Средства технической диагностики должны не только способствовать предупреждению отказов и выявлению неисправностей, но и прогнозировать остаточный ресурс исправной работы контролируемых агрегатов и узлов. Такое прогнозирование базируется на статистических методах теории надежности и предполагает выявление статистических закономерностей распределения отказов. Процесс прогнозирования может быть автоматизирован. Для этого применяют специальные вычислительные устройства - экстраполяторы, или предсказывающие фильтры.

Системы диагностирования могут быть: локальные или общие; функционального или тестового диагностирования; универсальные или специализированные; встроенного диагностирования или внешними средствами; автоматические, автоматизированные или ручные.

Встроенные средства диагностирования, разрабатываемые на стадии проектирования локомотивов, обеспечивают непрерывный контроль рабочих или диагностических параметров оборудования локомотивов в процессе их эксплуатации, К таким средствам относятся амперметры, скоростемеры, термометры, микропроцессорные системы управления и регулирования локомотивов (МСКУ-1, АСУ «Локомотив», УСТА, ED 2000 и др.).

Получают распространение виброакустические методы диагностики агрегатов локомотивов. При помощи этих методов диагностируют состояние цилиндро-поршневой группы дизеля, форсунок, турбокомпрессоров, редукторов, колесно-моторных блоков и др.

Для диагностирования состояния электровозов применяется стационарная проверочная универсальная машина-автомат ПУМА-Э.

Проверочный комплекс включает в себя высоковольтный блок коммутации, блок измерения сопротивления изоляции, источник питания силовых цепей, источник питания цепей управления, датчики подъема и нажатия на контактный провод токоприемника, датчики срабатывания контакторных элементов группового переключателя угла его поворота, стыковочные устройства, выносной пульт оператора и др. для технического диагностирования на электровозе устанавливают датчики, выходные сигналы которых несут необходимую информацию о состоянии оборудования.

Проведение работ по диагностике локомотивов и согласованию этих работ с системой технического обслуживания и ремонта привело к созданию поточных линий комплексной диагностики при проведении ТО-3, ТО-6, ТО-7 и ТО-8.

Бортовые системы диагностики в сочетании со стационарными устройствами проверок и поиска неисправностей позволяют получить необходимую информацию для управления состоянием локомотивов, снизить расходы на обслуживание и ремонт и уменьшить число внеплановых ремонтов и отказов локомотивов в пути следования.

Одним из видов технической диагностики является неразрушающий контроль (НК) деталей ТПС, который выявляет зарождающиеся дефекты в деталях на ранней стадии. Система НК должна являться обязательной и неотъемлемой частью технологии ремонта и техобслуживания ТПС. Далее изложены предварительные сведения о возможностях оптического метода контроля с применением эндоскопов: особенности их использования в локомотивном хозяйстве, возможные объекты контроля, перспективы метода и существующих средств оптического контроля.

При эксплуатации ТПС основным типом дефекта, приводящим к выходу оборудования из строя, являются усталостные трещины, которые начинают развиваться на поверхностях деталей. К дефектам также относятся закоксованность или загрязненность отверстий, клапанов, места ненормированного трения деталей и т.д. Для их выявления оптимален визуальный (оптический) контроль. Однако для осмотра труднодоступных узлов и деталей необходима полная или частичная разборка агрегата или узла, что понижает надежность изделия и приводит к дополнительным затратам.

С учетом зарубежного опыта перспективным является использование жестких и гибких эндоскопов. Их применение не требует особой подготовки и квалификации контролирующего персонала, а также увеличивает количество узлов и агрегатов, контролируемых по безразборной технологии, обеспечивая достаточную достоверность и информативность контроля. Это, в свою очередь, уменьшает простой локомотива на ремонте, повышает надежность агрегатов и узлов за счет исключения приработки деталей после ревизии, объективизацию определений объемов ремонта. Все эти факторы ведут к снижению эксплуатационных расходов на содержание ТПС. Рассмотрим возможности применения эндоскопов при контроле различных объектов электровозов. Колесные центры коробчатого сечения колесных пар в процессе эксплуатации воспринимают вертикальные и горизонтальные нагрузки от массы электровоза, моменты вращения от тяговых электродвигателей, усилия, связанные с торможением локомотива и т.д. Большинство дефектов имели такие размеры, что их устранение требовало обязательной выкатки колесных пар из-под электровоза с целью качественной заварки. Применение эндоскопов позволяет выявлять трещины на поверхности колесного центра на ранней стадии, в том числе - в местах, закрытых для внешнего осмотра.

Косозубая двусторонняя тяговая передача (редуктор) воспринимает вращающийся момент от вала якоря двигателя и передает его на колесный центр. На поверхности зубьев (боковая рабочая поверхность, впадина, вершина) возникают поверхностные контактно-усталостные трещины, а также сколы, повышенный износ. Редуктор снаружи защищен кожухом из стеклопластика или стали. Зазоры между кожухом и зубчатыми колесами также являются нормированными. Применение эндоскопов значительно сократит трудозатраты и повысит надежность редукторного узла, так как исключает вероятность неисправности из-за неправильного монтажа кожухов.

Рессорное подвешивание у электровозов двухступенчатое, имеется два исполнения: люлечное и через опоры во второй ступени. Визуальный контроль первого затруднений не вызывает, а второй является труднодоступным вследствие конструкционного исполнения охватывающей рамы электровоза. Необходим контроль минимальных и максимальных зазоров, трещин, состояния пружин, состояния опор, наличия смазки, отсутствия контакта с другими деталями.

Ударно-тяговый аппарат состоит из автосцепки и поглощающего аппарата. Он воспринимает тяговые, тормозные продольные и ударные нагрузки при движении поезда, прицепке и отцепке электровоза от состава и т.д. Контролю необходимо подвергать детали автосцепки (внутри корпуса) и детали поглощающего аппарата.

Детали и узды компрессора КТ6Эл подвергаются воздействию механических и термических сил, что приводит к возникновению в них поверхностных контактно-усталостных трещин, повышенному и ненормальному износу деталей и нештатному их соприкосновению, отсутствию смазки и т.д. Применение эндоскопов позволяет осуществлять контроль без разборки компрессора.

Элементы системы пневматического торможения (трубопроводы, тормозные цилиндры и резервуары) подвергаются воздействию давлением сжатого воздуха до 10кГс/см2, вибрации, запыленности и т.д. при контроле необходимо выявлять трещины, сквозные отверстия, повышенный и ненормальный износ, засоренность внутренних каналов, попадание посторонних объектов во внутренние полости, ржавчину.

Электрическая часть электропневматических контактов (губки контакторов, дугогасительные катушки и камеры) испытывают механическое и тепловое воздействие, в результате чего происходит оплавление поверхности губок из-за возникновения электрической дуги при разрыве цепи, механический износ деталей контактора, ослабление крепежа губок контакторов. Использование эндоскопов позволит осмотреть закрытые детали контакторов без съема дугогасительных камер.

Электрические машины в зависимости от их размещения в электровозе (под электровозом) испытывают механическое, электромагнитное и тепловое воздействие, на их состояние влияют влажность, температура, запыленность и т.д. Результатом являются усталостные трещины, повышенный и ненормальные износы, пробой изоляции обмоток, загрязненность, попадание посторонних предметов и т.д. выявление этих дефектов визуальным осмотром без применения эндоскопов в некоторых случаях практически невозможно (например, лобовые части обмоток с противоколлекторной стороны двигателя).

Дефектоскопия. В локомотивных депо широкое распространение получила электромагнитная и ультразвуковая дефектоскопия ответственных деталей локомотивов, позволяющая своевременно обнаружить мельчайшие поверхностные и внутренние трещины. Перечень деталей локомотивов, подлежащих дефектоскопии, и периодичность регламентируются правилами текущего ремонта и технического обслуживания.

В локомотивных депо используют различные типы дефектоскопов: седлообразные переменного тока ДГС-М для проверки средней части осей колесных пар; круглые неразъемные переменного и постоянного тока для проверки буксовых шеек и предподступичной части и других деталей; стационарные постоянного тока для проверки осей колесных пар, крупных валов и других деталей; стационарные переменного тока для проверки обойм и роликов подшипников; настольные переменного тока типа ДГН-1Б для проверки деталей диаметром до 80 мм; переносные типа ПР47ЗА для проверки шестерен тяговой передачи и др.

Ультразвуковые дефектоскопы системы ВНИИЖТа УЗД-56М используются для обнаружения внутренних изъянов деталей, сварных швов, трещин шеек коленчатых валов, осей и бандажей колесных пар, головок поршней.

По результатам дефектоскопии в депо ведется журнал регистрации ответственных деталей локомотивов, забракованных по трещинам и другим дефектам.

Еще несколько лет назад в локомотивном хозяйстве казахстанских железных дорог ультразвуковой контроль деталей тягового подвижного состава проводили, в основном, дефектоскопом общего назначения УД2-12. Кое-где применяли модель более раннего изготовления — У3Д-64. Что касается дефектоскопа уд2-12, то его разработали в середине 80-х годов и выпускали в Молдавии. И если поначалу этот прибор привлекал своими возможностями, то к концу 90-х годов он уже морально устарел. Стали появляться малогабаритные микропроцессорные ультра звуковые дефектоскопы с памятью, функциями документирования ин формации и подключения к ПЭВМ.

Реостатные испытания. Для нагрузки дизель-генераторной установки используют водяные реостаты, а иногда специальные инверторные установки, обеспечивающие рекуперацию энергии в сеть.

Испытания состоят из двух этапов: обкаточного и сдаточного. При обкаточных испытаниях дизель-генераторная установка нагружается постепенно от режима холостого хода до номинальной мощности. При этом происходит приработка деталей дизеля, генератора, вспомогательных электрических машин, компрессора и других агрегатов. При обкаточных испытаниях проверяют и регулируют тепловые параметры и мощность дизеля, настраивают внешнюю характеристику генератора, узлы автоматического регулирования мощности я ограничения тока, регулятор напряжения, реле перехода, проверяют работу приборов защиты. При сдаточных испытаниях дизель-генераторная установка должна работать без остановки в течение 1 ч, причем не менее 40 мин при полной мощности. Результаты реостатных испытаний заносятся в журнал.

Для послеремонтного контроля качества настройки и регулировки дизель-генераторной установки при реостатных испытаниях используются переносные диагностические приборы. Пульт управления реостатными испытаниями располагается в закрытой кабине, имеющей звукоизоляцию. Вокруг стойл реостатных испытаний создают звукозащитную зону.

Испытательные, наладочные и диагностические стенды в значительной степени определяют уровень оснащенности локомотивного депо. При ремонте современных локомотивов 50-75% всего объема выполняемых работ приходится на контрольно-диагностические и регулировочные операции. С появлением новых локомотивов со сложными электронными системами управления задача диагностирования становится еще более актуальной.

В настоящее время в депо имеются разнообразные диагностические наладочно-испытательные стенды для различных видов оборудования: тяговые двигатели, дизели, автотормоза, электрические аппараты, системы управления, механическое оборудование и др. Постепенно эти стенды автоматизируются. Во многих случаях в составе комплексов появляется ПЭВМ в качестве информационно-управляющей подсистемы.

В системе управления депо диагностические стенды выполняют функцию получения объективной информации о состоянии тягового подвижного состава (ТПС). Основная тенденция - создание в депо информационно-управляющих вычислительных комплексов на базе ПЭВМ. С появлением ПЭВМ переход к АСТД существенно ускорился. Испытательные стенды и станции также становятся новым и очень важным для депо видом АРМ.

Опыт создания и эксплуатации систем диагностирования показал, что целесообразной является двухуровневая система технического диагностирования. Первый уровень характеризуется использованием АСТД для проверки работоспособности оборудования непосредственно на локомотиве. Поиск отказа производится до заменяемого блока. Второй уровень диагностирования позволяет осуществлять ремонт и настройку замененного оборудования на стенде.

На ТПС следует создавать бортовые системы диагностирования. Бортовые и стационарные системы диагностирования дополняют друг друга. Бортовые и встроенные системы диагностирования являются системами проверки правильности функционирования, а стационарные – проверки работоспособности. Все уровни решают задачу локализации места дефекта с различной глубиной поиска. Наряду с перечисленными видами диагностики следует иметь в виду испытательные поездки с вагон-лабораториями.

АСТД следует рассматривать как важную часть информационной сети депо, выполняющую две основные функции: непосредственное диагностирование оборудования и подготовку исходной информации для АРМ технологов локомотивного депо. Контроль внедрения и использования АСТД в депо должен быть выделен в отдельную отраслевую программу.

Анализ работы основных дело показывает, что при отсутствии специальных диагностических средств требуется в среднем 1,47 от нормы времени обслуживания ТО-2, чтобы неисправность была устранена. Недаром у работников депо бытует шутка, что на паровозах 5 минут искали неисправность и час устраняли, а у электровозов час ищут и 5 минут устраняют.

При выполнении осмотра локомотива без использования технических средств человек-контролер быстро устает, происходит привыкание, особенно, если дефекты встречаются относительно редко. Это приводит к повышению вероятности появления необнаруженного дефекта. С появлением новых локомотивов со сложными электронными системами управления задача диагностирования стала еще более актуальной

Одна из первых АСТД была внедрена на Красноярской железной дороги РФ. Внедрение компьютеров в депо началось в 1982 году с созданием АСТД электронного оборудования электровозов ВЛ80р. АСТД разработана по заказу ЦТ МЛС на кафедре “Электрическая тяга” МИИТа совместно с Красноярской железной дорогой. На базе АСТД разрабатывались первые варианты программ для рабочих мест депо. Работы начинались в локомотивном депо Боготол, которое и в дальнейшем оставалось основным испытательным полигоном новых технологий. Первым серийным электровозом переменного тока с электронной системой управления является ВЛ80р. АСТД разработана для диагностирования электронного оборудования электровозов ВЛ80р - блоков БУВИП-080, БУВИП -100 и БУВИП -113, а также панелей управления этих блоков ПП-088, ПП-125 и ПП-290. Позже АСТД стала также диагностировать новые блоки БУВИП- 133, БУВИП-030 и блоки автоматического управления БАУ-002 и БАУ-028 соответственно электровозов ВЛ85 и ВЛ65. АСТД можно использовать и для диагностики нового пассажирского электровоза ЭП1.

Диагностирование первого уровня производятся в цехе при постановке электровоза на ремонт (плановый или неплановый) до начала рабочей смены (рисунок 2).

Перед началом работ на электровоз подают напряжение 50В и принимают необходимые меры безопасности: заземляется силовой трансформатор, размыкается переключатель цепей управления, вывешиваются предостерегающие таблички.

На следующем этапе производится подключение переносного диагностического кабеля к электронному блоку управления. При этом в межсекционное соединение электровоза вставляется распорка, в кузов электровоза опускается кабель и подключается к диагностическому разъему блока управления. У электровозов ВЛ85 кабель подается через дверь, т.к. блок управления расположен в проходе у кабины машиниста.

К выходному разъему жгута подключается переходной жгут, который соответствует типу диагностируемого БУВИП. На первом этапе часть информационно управляющих цепей БУВИП бралась с клемм кассет. На вновь выпускаемых локомотивах все необходимые для диагностирования точки выведены на диагностический разъем.

Рисунок 2. Схема подключения АСТД к локомотиву ВЛ80р

После завершения операций подключения, оператор с клавиатуры компьютера запускает программу диагностирования электровоза, По окончания выполнения программы информация о работоспособности локомотива или об отказавших узлах выдается на экран дисплея и может быть распечатана. Вся информация сохраняется на магнитном диске компьютера.

При неработоспособном состоянии системы управления на основания полученной диагностической информация обслуживающий персонал АСТД по критерию объема предстоящих работ принимает решение о возможности устранения дефекта собственными силами. В случае положительного решения производятся замена дефектного узла и повторное диагностирование. При невозможности устранения дефекта собственными силами производятся отключение переносного диагностического кабеля от электровоза, и составляется план работ, который передается мастеру ремонтного цеха. В этом случае ремонт блока выполняется в течение рабочей смены, когда выполняется текущий ремонт остальных подсистем электровоза. При этом задействован второй уровень диагностирования.

АСТД обслуживает персонал в составе двух человек. Проверка работоспособности блоков управления начинается с начального диалога оператора с ЭВМ, в ходе которого оператор вводят в ЭВМ необходимую информацию.

На втором уровне диагностирования оператор в диалоговом режиме производят наладку и ремонт кассет. При этом на экран компьютера выводятся вся необходимая справочная и инструкционная информация. Такой подход к организации второго уровня позволяет максимально облегчить процесс настройки и ремонта электронных кассет аппаратуры управления.

Двухуровневая организация диагностирования и ремонта БУВИП и БАУ позволяет, с одной стороны, определять фактическое состояние аппаратуры управления и требуемый объем ремонтно-настроечных операций перед постановкой электровоза на текущий ремонт, а с другой, - избежать в случае работоспособного состояния оборудования непроизводительных операций по демонтажу и проверке кассет блоков на стенде.

Основу аппаратных средств АСТД составляет информационно-вычислительный комплекс (рисунок 3), реализованный на базе персонального компьютера и следующих периферийных устройств цифровые измерительные приборы (вольтметр и частотомер), коммутатор электрических сигналов, блок воздействий на аппаратуру управления и сопряжения ПЭВМ с измерительными приборами на основе микропроцессорного контроллера.

Рисунок 3. Аппаратные средства АСТД

По заданной программе, ПЭВМ через микропроцессорный контроллер блока сопряжения управляет работой измерительных приборов. Посредством контактного коммутатора, объект диагностирования - стенд, либо электровоз - подключен к измерительным приборам. Измеренные значения контролируемых параметров передаются в ПЭВМ, обрабатываются по программе, составленной в соответствии с техническими условиями на объект диагностирования - инструкционными книгами электровоза.

АСТД электронного оборудования электровозов ВЛ80р и ВЛ85 доказала как свою высокую эффективность, так и правильность выбранных технологии диагностирования, аппаратных и программных средств. Система надежна и проста в эксплуатации. Внедрение АСТД позволило снизить параметр потока отказов по различным видам оборудования в 1,5 - 5 раз. В настоящее время АСТД внедрена в локомотивных депо Боготол, Ялавская и Абакан Красноярской ж.д. Рассмотренная АСТД была первой компьютерной информационно-управляющей системой, широко внедренной в локомотивных депо. В настоящее время по аналогичному принципу создается большинство вновь создаваемых АСТД как систем управления локомотивов, так и других его агрегатов: колесно-моторные блоки, буксовые узлы, дизели, электрические аппараты, устройства безопасности и др. АСТД различных видов оборудования внедрены в ряде депо.

Выше было показано, что на базе устройств безопасности следует создавать бортовые системы диагностирования. Бортовые и стационарные системы диагностирования не являются конкурирующими и гармонично дополняют друг друга.