Надежность локомотивов презентация

Введение
1) Повышение тягово-энергетических и скоростных характеристик;
2) Повышение экономичности локомотивов;
3) Повышение надежности тягового подвижного состава.
анализа состояния и повышения надёжности тягового подвижного состава при его создании, эксплуатации, техническом обслуживании и ремонте;
обеспечение надежной работы локомотивного парка

Статус дисциплины и ее задачи
Надежность — это одна из обязательных составляющих качества любого технического объекта. Она является наиболее общим комплексным свойством, характеризующим полезность любого технического изделия, машины, прибора.
Цель изучения дисциплины – изучение основ теории надёжности, количественная оценка уровня надежности существующего парка тепловозов в конкретных условиях эксплуатации на различных полигонах тяги.
Задачами Надежности как науки являются:
1) получение общих сведений о принципах расчёта и определения параметров надёжности локомотивов;
5) автоматизация процессов анализа и контроля надежности в эксплуатации;
7) оптимизация системы снабжения запасными частями и материалами для ремонта локомотивов.
6) разработка и применение современных технологий восстановления работоспособности отказавших и изношенных узлов и деталей локомотивов;

Повышение эффективности «Технических систем» и «Технических объектов».
повышение сложности и интенсивности эксплуатации
за счет
Соотвественно происходит
что приводит
Обострение проблемы надежности
в ходе Н.Т.П.

Технико-экономические последствия низкой надежности техники
1. Прямые потери из-за отказа, аварии, катастрофа (простой отказавших машин, производства)
к невыполнению заданных функций, задач; влиянию на здоровье и жизнь людей; вредному экологическому воздействию на окружающую среду.
2. Затраты на восстановление отказавших технических устройств, их ремонт и восстановление работоспособности.
к значительному повышению расходов на ТО и ТР локомотивов

Технико-экономические последствия низкой надежности техники
Затраты на ремонт ПСЖД (локомотивы, мвпс, вагоны) составляют около 20-30 % эксплуатационных расходов всех железных дорог ОАО «РЖД».
Недостаточная надежность ТС железных дорог приводит:
задержкам поездов;
снижению пропускной и провозной способности железных дорог.
Затраты на ремонт ПСЖД в США составляют около 15-20 % эксплуатационных расходов хозяйства подвижного состава.
В области ремонта и технического обслуживания подвижного состава на данный момент задействовано около 860 тыс. работников.
Ежегодные затраты на ремонт подвижного состава составляют около 4 млрд. руб.
Штат ремонтных локомотивных депо ОАО «РЖД» насчитывает 342 тыс. чел. (более 30% от общего кол-ва). Затраты превышают 1 млрд. руб.
Ремонт каждого локомотива за весь срок службы обходится более чем в 10 раз дороже его первоначальной стоимости.

Анализ повреждаемости узлов
тягового подвижного состава ОАО «РЖД»
в эксплуатации
Процентное соотношение неисправностей по основным узлам тепловозов за период 2008 – 2013 г.г.

Анализ повреждаемости узлов
тягового подвижного состава ОАО «РЖД»
в эксплуатации (дизель)
Процентное соотношение неисправностей по дизелю тепловозов за период 2008– 2013 г.г.

Динамика изменения количества отказов
основных узлов и систем тепловозных дизелей за период 2008 – 2013 г.г.
Анализ повреждаемости узлов
подвижного состава ОАО «РЖД» в эксплуатации
Цилиндро-поршневая группа - 41,02%
Система охлаждения дизеля - 19,88%
Воздухонагнетатели - 16,35%
Топливная аппаратура - 12,40%
Коленчатый вал, подшипники - 10,36%

СРЕДНЕЕ ПРОЦЕНТНОЕ СООТНОШЕНИЕ НЕИСПРАВНОСТЕЙ
ПО ТОПЛИВНОЙ АППАРАТУРЕ ТЕПЛОВОЗОВ ЗА ПЕРИОД 2008 – 2013 г.г.

Факторы, влияющие на надёжность топливной аппаратуры

Надежность как составляющая качества
технических объектов.
Каждый ТО обладает способностью, свойством сохранять в течении эксплуатации свои начальные характеристики и способностью выполнять заданные функции в исправном и работоспособном состоянии.
в свойстве сохранять свои эксплуатационные характеристики во времени.
Отличия надежности от остальных элементов качества:
Надежность как свойство ТО является одной из составляющих качества наряду с их функциональными, технологическим, экономическими и эргономическими показателями.
Физический смысл надежности
1. Является наиболее общим комплексным свойством, характеризующим полезность любого технического изделия, машины прибора.
3. Надежность не подлежит инструментальному измерению, а определяется расчетными (вероятностными или статистическими) и испытаниями опытных образцов.
2. Надежность реализуется лишь во времени, все остальные элементы качества имеют мгновенные значения.

Надежность как составляющая качества
технических объектов.
Комплексные свойства надежности:
Безотказность
Ремонтопригодность
Сохраняемость
Долговечность

Основные характеристики
технического объекта

Безотказность ТО – свойство непрерывно сохранять работоспособность в течении требуемого времени или наработки в конкретных условиях эксплуатации.
Ремонтопригодность ТО – свойство, заключающиеся в приспособленности к предупреждению, обнаружению и устранению отказов и дефектов.
Сохраняемость ТО – свойство непрерывно сохранять рабочие свойства в заданных пределах в течении требуемого времени в конкретных условиях хранения.
Долговечность ТО – свойство объекта длительно, с возможными перерывами на ремонт, сохранять работоспособность до отказа или другого предельного состояния.
Надежность как составляющая качества
технических объектов.
Под безотказностью тепловоза понимают сохранение работоспособного состояния между смежными техническими обслуживаниями ТО-3.
Надежностью локомотива (тепловоза) понимается его свойство перевозить грузы, пассажиров, сохраняя при этом мощность, тяговые свойства, скорость и т.д., в течение времени от начала эксплуатации до списания.

Надежность как составляющая качества
технических объектов.
Исправное состояние ТО – называется такое состояние, при котором он удовлетворяет всем требованиям нормативно-технической документации.
Неисправное состояние ТО – называется такое состояние, при котором он не удовлетворяет хотя бы одному из требований нормативно-технической документации.
Находясь в неисправном состоянии ТО в зависимости от степени влияния неисправности на выполнение рабочих функций может быть:
Неисправным работоспособным
Неисправным неработоспособным
Предельное состояние – состояние объекта, при котором его применение по назначению недопустимо или нецелесообразно.

Работоспособность — это состояние объекта, при котором он способен выполнять заданные функции, сохраняя значения основных параметров, установленных нормативно-технической документацией.
Надежность как составляющая качества
технических объектов.
Работоспособное состояние локомотива – это состояние, при котором он соответствует требованиям ПТЭ железных дорог, заводских инструкций, правил ремонта и другой нормативной документации.
Понятие «исправное состояние» шире, чем понятие «работоспособное состояние»
(ПРИМЕРЫ)
Неработоспособное состояние локомотива — это состояние, при котором он не способен выполнять заданные функции.

Надежность как составляющая качества
технических объектов.
Ремонтируемый объект – объект, для которого проведение ремонта предусмотрено в нормативно-технической и (или) конструкторской документации.
Неремонтируемый объект – объект, для которого проведение ремонта не предусмотрено в нормативно-технической и (или) конструкторской документации.
Восстанавливаемый объект – объект, для которого в рассматриваемой ситуации проведение восстановления работоспособного состояния предусмотрено в нормативно-технической и (или) конструкторской документации.
Невосстанавливаемый объект – объект, для которого в рассматриваемой ситуации проведение восстановления работоспособного состояния не предусмотрено в нормативно-технической и (или) конструкторской документации.

Живучесть - свойство объекта сохранять работоспособность при отказе отдельных функциональных узлов.
Сбой - самоустраняющийся отказ или однократный отказ, устраняемый незначительным вмешательством оператора.
Технический ресурс - наработка от начала эксплуатации до наступления предельного состояния.
Срок службы - календарная продолжительность эксплуатации от ее начала до наступления предельного состояния.
Надежность как составляющая качества
технических объектов.
Назначенный ресурс – суммарная наработка объекта, при достижении которой эксплуатация должна быть прекращена независимо от его состояния.

Графическая интерпретация показателя составляющей надежности - долговечность
Надежность как составляющая качества
технических объектов.

ОБЩАЯ СХЕМА СОСТОЯНИЙ И СОБЫТИЙ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА
1 – повреждение; 2 – отказ; 3 – переход объекта в предельное состояние из-за неустранимого нарушения требований безопасности, снижения эффективности эксплуатации, морального старения и других факторов; 4 – восстановление; 5 – ремонт

- при неустранимом нарушение безопасности;
- при неустранимом отклонении величин заданных параметров;
- при недопустимом увеличении эксплуатационных расходов;
- невосстанавливаемыми, для которых работоспособность в случае возникновения отказа, не подлежит восстановлению;
- восстанавливаемые, работоспособность которых может быть восстановлена, в том числе и путем замены.
Надежность как составляющая качества
технических объектов.
Предельное состояние – состояние объекта, при котором его применение по назначению недопустимо или нецелесообразно.

Классификация и характеристики отказов
Отказ – это событие, заключающиеся в нарушении работоспособного состояния объекта.
По типу
Отказы функционирования
Отказы параметрические
По природе
Случайные
Систематические
Основные признаки классификации отказов:
Характер возникновения
Причина возникновения
Характер устранения
(последствия отказов)
Дальнейшее использование объекта
Легкость обнаружения
Время возникновения

Классификация и характеристики отказов

Классификация и характеристики отказов

Классификация и характеристики отказов
Отказом тепловоза считается событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния, в результате чего тепловоз полностью или частично теряет способность выполнять перевозочный процесс.

Классификация и характеристики отказов

ВИДЫ ОТКАЗА ЛОКОМОТИВА

Физика отказов
Значительную роль в изменениях свойств и характеристик Т.О. в процессах их разрушения и старения играют процессы, вызванные следующими видами энергии:

Физика отказов

Факторы характеризующие специфику различных Т.О.
(тепловоз как объект изучения надежности)
Для подвижного состава все факторы влияющие на их надежность можно разделить на следующие группы:
а) задержка движения поезда;
б) необходимость вызова вспомогательного локомотива;
в) крушение;
г) затраты на ремонт;
д) влияние на здоровье и жизнь людей.

Факторы характеризующие специфику различных Т.О.
(тепловоз как объект изучения надежности)
1. Последовательное – отказ любого элемента приводит к отказу всей системы
2. Параллельное – для отказа системы необходим один временный отказ всех элементов
3. Смешанное (комбинированное) – часть элементов соединяют в параллельные блоки, которые объединяют в системы

Основными принципами управления надежностью локомотивов являются установление, обеспечение и поддержание ее нормированного техническим условиям уровня на этапах:
Система управления
надежностью тепловозов

К основным типовым мероприятиям системы управления надежностью на всех этапах жизненного цикла тепловоза, относятся:
Система управления
надежностью тепловозов
– тщательное и всестороннее изучение и анализ информации о безотказности, долговечности и ремонтопригодности основных элементов оборудования локомотивов-прототипов, эксплуатируемых в различных климатических районах;
– изучение материалов по зарубежным локомотивам-аналогам, т. е. локомотивам аналогичных назначений и мощности, имеющим высокие технические характеристики, в том числе и по показателям надежности;
– подбор смазочных масел и консистентных смазок с удовлетворяющими современным требованиям характеристиками.
– выполнение необходимых расчетов для определения вероятности безотказной работы и среднего ресурса элементов оборудования локомотива по условиям изнашивания, циклической и статической прочности;
– разработка мер, обеспечивающих ремонтопригодность элементов оборудования локомотива на техническом обслуживании и текущем ремонте, а также необходимых приспособлений для ремонта;

Система управления
надежностью тепловозов
– выбор оптимальных технологических процессов изготовления и сборки локомотивов, а также их производственных испытаний (реостатные, обкаточные, заводские);
– входной контроль качества комплектующих элементов и материалов для собственного производства;
– организация производства запасных частей в объеме и номенклатуре, обеспечивающих полную потребность при эксплуатации локомотивов.
– пооперационный контроль качества изготовления элементов оборудования собственного производства и сборки локомотивов;
– приемочный контроль качества изготовления готовых элементов собственного производства;

Система управления
надежностью тепловозов
– оптимизация норм межремонтных периодов и объемов обязательных работ на техническом обслуживании и текущем ремонте с учетом фактических условий эксплуатации и режимов работы локомотивов;
– контроль качества выполнения обязательных работ на техническом обслуживании, текущем ремонте и неплановых ремонтах после отказов локомотивов, а также соблюдения норм межремонтных периодов;
– совершенствование ремонтной базы депо и технологических процессов ремонта;
– использование при техническом обслуживании и текущем ремонте методов и средств технической диагностики;
– тщательное выполнение осмотровых операций локомотивными бригадами на ТО-1 и ремонтниками на ТО-2;
– создание и пополнение банка информации о повреждениях и отказах локомотивов;

Система управления
надежностью тепловозов
– контроль за соблюдением норм массы поездов на обслуживаемых участках, рассчитанных по правилам тяговых расчетов;
– контроль за качеством горюче-смазочных материалов;
– обеспечение ремонтных локомотивных депо и ремонтных заводов качественными запасными частями и материалами в требуемых объеме и номенклатуре
– восстановление при капитальном ремонте полного (или близкого к полному) ресурса локомотива;
– организация постоянной технической учебы в депо для повышения квалификации локомотивных бригад и ремонтников;

Основные понятия

Основные понятия

Аксиомы теории вероятностей
Вероятность события А обозначается P(А) или P{А}
Вероятность любого события – всегда величина положительная:
При повторении опыта N раз белый шар будет вынут N(B) раз [0≤N(B)≤N]

Основные теоремы теории вероятностей
А) – не совместимые события А и В
Б) – Совместимые события А и В
В) – Совместимые события А, В, С, а также их суммы и произведения
Геометрическая интерпретация событий:

Теорема сложения вероятностей

Теорема умножения вероятностей

Формула полной вероятности

Резервное соединение элементов
(последовательное)
Схема основного соединения элементов
Вероятность безотказной работы последовательной системы Pc(l) может быть представлена в виде:
Вероятность отказа:
Определим вероятность безотказной работы и вероятность отказа системы, состоящей из двух последовательно соединенных элементов с вероятностью их безотказной работы: P1(l) = 0,8; P2(l) = 0,5

Резервное соединение элементов
(параллельное)
Схема системы с параллельно функционирующими элементами
Вероятность безотказной работы системы с параллельно соединенными элементами Pc(l) находится из уравнения:
Вероятность отказа:

Надежность системы с параллельным соединением элементов будет всегда выше надежности самого качественного (надежного) элемента.
Определим вероятность безотказной работы блока, состоящего из трех параллельно соединенных элементов с вероятностью их безотказной работы: P1(l) = 0,95; P2(l) = 0,9; P3(l) = 0,8.
В общем случае, когда система или ее участок состоит из n параллельно соединенных элементов:
Если элементы в системе одинаковы:
Резервное соединение элементов
(параллельное)

Схема системы с параллельно функционирующими элементами
Общее резервирование
Поэлементное
резервирование
Принимая P1(l) = Р1Ꞌ(l) = 0,95; P2(l) = Р2Ꞌ(l) = 0,9; P3(l) = Р3Ꞌ(l) = 0,85, рас- считаем надежность двух систем.
Вероятность безотказной работы блока из трех элементов без резервирования:
Вероятность безотказной работы той же системы при общем резерви- ровании (рис а) составит:
Резервное соединение элементов
(параллельное)

Вероятности безотказной работы каждого из трех блоков при поэлементном резервировании (рис. б) будут иметь вид:
Вероятность безотказной работы системы при поэлементном резерви- ровании составит:
Резервное соединение элементов
(параллельное)

Резервное соединение элементов
(комбинированное)
Схема системы при комбинированном функционировании элементов
Рассчитываем отдельно надежность подсистем А и В:
Далее рассчитываем безотказность объединенной подсистемы, вклю- чающей подсистемы А и В:
Окончательный результат – надежность всей системы определяем:

Резервное соединение элементов
(комбинированное)
Требуется определить надежность системы с комбинированным соединением элементов, представленную на рис. При этом вероятности безотказной работы элементов имеют следующие значения: P1 = 0,8; Р2 = 0,9; Р3 = 0,95; Р4 = 0,97. Также необходимо определить надежность этой же системы при условии, что резервные элементы отсутствуют.
Схема системы при комбинированном функционировании элементов
Сблокированная схема
Для расчета в исходной системе необходимо выделить основные блоки. В представленной системе их три.

Резервное соединение элементов
(комбинированное)
Далее рассчитаем надежность каждого блока в отдельности, а затем найдем надежность всей системы:
Надежность системы без резервирования составит:

Числовые характеристики распределений
вероятностей случайных величин
Числовые характеристики распределений вероятностей:
Математическое ожидание (центр распределения) - среднее значение случайной величины.
дисперсия - мера разброса случайной величины, то есть её отклонения от математического ожидания.
среднее квадратическое отклонение случайной величины – называют корень квадратный из ее дисперсии.
Мода - значение x, соответствующее максимальному значению f(x) для непрерывного распределения .
Коэффициент эксцесса (коэффициент островершинности) - мера остроты пика распределения случайной величины.
Коэффициент асимметрии - величина, характеризующая асимметрию распределения случайной величины.

Законы распределения случайных величин и их числовые характеристики
Законом распределения случайной величины называется всякое соотношение устанавливающее связь между возможными значениями случайной величины (m) и соответствующими им вероятности (P).
Чаще всего ряд распределения дискретной случайной величины Х представляется в виде таблицы, в которой перечислены возможные значения этой случайной величины х1, х2, ……, хi, ……., хn с соответствующими им вероятностями р1, р2, ……, рi, ….., рn (табл.1)
Таблица 1 – Ряд распределения дискретной случайной величины Х
При проведении опыта n раз событие A может произойти m раз:
m = 0 – событие ни разу не произошло
m = 1 – один раз произошло
0
m = n – во всех опытах

Таким образом, закон распределения дискретной случайной величины может быть задан в следующих формах: аналитический (формула Бернулли), табличной (табл. 1), графической (многоугольник распределения)
Законы распределения случайных величин и их числовые характеристики
Пример: n=6, P=1/3 →q=2/3
Многоугольник распределения

Законы распределения случайных величин и их числовые характеристики
Рассмотренная функция F(xi) называется распределением накопленной вероятности или «функцией распределения» случайной величины.
Если необходимо знать вероятность того, что Х будет не менее некоторого значения, то:
Поскольку событие {Х ≤ хi} является суммой событий, заключающихся в том, что величина Х примет любое значение, меньшее или равное хi, для определения вероятности Р {Х ≤ хi} необходимо в соответствии с теоремой сложения вероятностей просуммировать все вероятности, соответствующие значениям Х, меньшим или равным хi, т.е.:

Законы распределения непрерывных случайных величин
Непрерывная случайная величина Х может принять несчетное, бесконечное большое число возможных значений.
Функция f(x) – называется плотностью распределения непрерывной случайной величины X или дифференциальной формой закона распределения.
Функция F(x) – функция распределения или интегральная форма закона распределения.
Графическое изображение функции и плотности распределения:
Равномерное (прямоугольное) распределение:
a и b параметры распределения

Законы распределения непрерывных случайных величин
В теории надежности технических объектов основными величинами, определяющими уровень их надежности, являются время или другие показатели длительности работы t до отказа.
Законы распределения этих длительностей формируются под воздействием множества факторов, имеющих случайную природу:
разброса свойств материала деталей и качества их изготовления и сборки;
разброса параметров, характеризующих внутренние нагрузки и режимы работы (силы, давления, вибрации, температуры);
разброса показателей внешних условий эксплуатации.
Графики изменения F(t) и f(t) для случая наработки деталей до отказа

Количество отказов ТЭД ЭД-107 (100 штук)
в интервале наработки 0….800 тыс.км

Эмпирические функции распределения

Эмпирические функции распределения
КР - будет задача на построение функции распределения