Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

О МЕТОДИКЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БАЗЫ ДАННЫХ АПК «БОРТ» ДЛЯ ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЛОКОМОТИВА

Четвергов В.А. 1 Величко М.С. 2 Мишин А.И. 3 Сиряк П.А. 2
1 Омский государственный университет путей сообщения
2 ООО «Производственное конструкторско-технологическое предприятие «Транспорт»
3 ООО «Научно-производственная фирма «Транспорт»
Бортовые системы диагностирования тягового подвижного состава железнодорожного транспорта формирует поток измерительной информации. Эта информация архивируется на серверах, формируя базы данных. В дальнейшем она не используется в техническом диагностировании локомотивов. В статье описывается одна из возможных методик использования накопленной базы данных измерений параметров дизель-генераторной установки тепловозов комплексом АПК «Борт» для оценки технического состояния локомотива. Предложен проект методики использования накопленной базы данных измерений параметров дизель-генераторной установки тепловозов комплексом АПК «Борт» для оценки технического состояния локомотива. Методика предполагает наличие результатов статистической обработки результатов измерений, находящихся в базе данных (выбор закона распределения, оценки параметров, закономерности изменения параметров распределения). Поставлены задачи для дальнейших исследований по подготовке данных для реализации методики.
техническое диагностирование
экспериментальные статистические данные
диагностирование
распределение
методика
1. Вентцель Е.С. Теория вероятностей: Учеб. для вузов. [Текст] // Е.С. Вентцель – 6-е изд. стер. – М.: Высш. шк., 1999. – 576 c.
2. ГОСТ 20911 – 89 Техническая диагностика. Термины и определения. – Москва: Стандартинформ, 2009. – 9 с.
3. Кобзарь А.И. Прикладная математическая статистика. Для инженеров и научных работников. [Текст] // А.И. Кобзарь – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006. – 816 с.
4. Четвергов В.А. Наработка локомотивов в едином временном пространстве [Текст] // В. А. Четвергов, А.И. Мишин, П.А. Сиряк // Известия Транссиба // Омский гос. ун-т путей сообщения. – Омск, 2013. – № 2(14). – C. 37–45.
5. Юхименко В.Ф. Техническая эксплуатация силовых агрегатов и трансмиссий // В.Ф. Юхименко, ред. С.Г. Масленникова [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://abc.vvsu.ru/books/tehn_akspl_sil_agreg/page0009.asp.

Более 3000 магистральных и маневровых тепловозов, находящихся в эксплуатации ОАО «РЖД», оснащены бортовым аппаратно-программным комплексом «Борт» (АПК «Борт»). Основное назначение комплекса – мониторинг баланса топлива на борту локомотива. Для выполнения этой функции, а также учета объемного и массового расхода топлива в соответствии с выполненной локомотивом работой, измеряется ряд параметров работы дизель-генераторной установки. К числу таких параметров относится, в частности, напряжение и сила тока тягового генератора и вычисленная по этим величинам мощность.

С начала установки первых комплексов на локомотивы результаты измерений параметров архивировались. В итоге на сервере предприятия изготовителя АПК «Борт» сформирована база данных. Однако данные базы в настоящее время из-за отсутствия методик не используются для мониторинга или оценки технического состояния локомотивов. Целью данной статьи является описание одного из вариантов методики использования накопленной в базе данных измерительной информации для мониторинга технического состояния локомотива и постановка задач на подготовку данных для использования этой методики. Предполагается, что статистические выборки сформированы на основе информации, находящейся в доступной для авторов базе данных измерительной информации АПК «Борт» и в соответствии с требованиями и технологией, описанной в статье [4].

chetver1.wmf

Рис. 1. Изменение мощности тягового генератора в течение переходного процесса

На момент начала работы по этой тематике основная масса АПК «Борт» была установлена на маневровые локомотивы ТЭМ2. В АПК «Борт» предусмотрено измерение силы тока I и напряжения U тягового генератора (ТГ) (в соответствии с таблицей). Мощность ТГ вычисляется chet01.wmf. Значение мощности записывается в файл наряду с другими параметрами в виде целого числа в киловаттах. Округление в этом случае получается достаточно точным в рамках требований заказчика, но грубым при проведении статистических оценок. В этом случае необходимо принять значение мощности, как произведение представленных в файле соответствующих значений тока и напряжения.

Основные параметры, измеряемые АПК «Борт» на тепловозе ТЭМ2

Наименование параметра

Диапазон измерения или значение параметра

Основная относительная погрешность, не более, %

Допускаемая абсолютная погрешность, не более

Основные

1. Ток тягового генератора, мВ/А

от 0 до 75

от 0 до 2000

1,0

 

2. Напряжение тягового генератора, В

от 0 до 1000

1,0

 

3. Мощность тягового генератора, кВт

от 0 до 900

1,5

 

4. Масса топлива, кг

от 250 до 5800

0,7 (приведенная)

 

5. Плотность топлива, кг/м3

нижний предел, не менее

0,8·103

0,5

 

верхний предел, не более

0,88·103

0,5

 

6. Давление масла после фильтра, МПа (кгс/см2), не более

0,6 (6,0)

± 5

 

7. Давление топлива, МПа (кгс/см2), не более

0,6 (6,0)

± 5

 

8. Температура воды контура охлаждения, °С

от 0 до 100

 

± 4 °С

9. Температура масла контура охлаждения, °С

от 0 до 100

 

± 4 °С

10. Температура топлива, °С

нижний предел, не менее

минус 40

 

± 1 °С

верхний предел, не более

плюс 50

 

11. Давление в тормозной магистрали МПа (кгс/см2), не более

от 0 до 1

(от 0 до 10)

± 2,5

 

12. Частота вращения коленчатого вала дизеля, об/мин, не более

2000

± 2

 

Дополнительные

13. Объем топлива, л

от 500 до 6000

0,5 (приведенная)

 

14. Частота вращения вала турбины турбокомпрессора, об/мин, не более

2000

± 5

 

15. Скорость тепловоза, км/ч, не более

160

   

16. Позиция контроллера машиниста

8

   

17. Температура окружающей среды, °

нижний предел, не менее

минус 40

 

± 4 °С

верхний предел, не более

Плюс 50

 

Мощность тягового генератора локомотива P является случайной величиной. В каждом из выбранных переходных процессов она непостоянна (например, в соответствии с рис. 1). Характер ее изменения определяется не только номером позиции контроллера машиниста, но и внешними факторами: скоростью движения локомотива; нагрузкой; техническим состоянием элементов локомотива (дизеля, генератора, системы управления, тягового двигателя, ходовой части и т.п.).

Под переходным процессом будем понимать процесс изменения выходных параметров тягового генератора (в частности – силы тока, напряжения, мощности) после включения ni позиции контроллера машиниста. В работе [4] при отборе переходных процессов установлено требование – ток должен постоянно убывать. Этим определяется продолжительность отобранных переходных процессов. В данной работе не предусматривается задача установить статистическими или иными методами закономерность изменения Р в каждом отдельном переходном процессе, а предлагается рассматривать изменение мощности тягового генератора P0, измеренной в начальный момент времени после установки контроллера машиниста в какую-либо позицию, на протяжении межремонтных периодов, определенных в [4]. После сортировки переходных процессов по позициям ni, номеру межремонтного периода nмj и номеру интервала начальной скорости chet02.wmf необходимо получить соответствующие выборки chet03.wmf. Значение P0 в момент начала переходного процесса (включения позиции ni) будем называть начальной мощностью.

Пусть определен закон распределения начальной мощности и получены оценки его по информации базы данных, полученной с помощью АПК «Борт». В этом случае формируются условия для построения семейства функций распределения chet04.wmf какой-либо случайной величины P или каких-либо величин в координатах «позиция n – номер интервала начальной скорости nмеж – номер интервала межремонтного периода chet05.wmf – межремонтная наработка tмеж – плотность вероятности» (в соответствии с рис. 2). Здесь n – номер позиции контроллера машиниста; tмеж – межремонтная наработка на межремонтном периоде nмеж = const; chet06.wmf – номер интервала начальной скорости – измеренной скорости локомотива в первый промежуток времени записи данных бортовой системой после включения позиции n; chet07.wmf – вектор параметров закона распределения.

chetver2.tif

Рис. 2. Методика определения технического состояния локомотива

В рассматриваемом случае случайной величиной P является начальная мощность P0 – измеренная мощность в тот же момент времени, что и V0. Представленный рисунок соответствует условию n = const, chet08.wmf, nмеж = const, носит качественный характер и предназначен только для описания предлагаемой методики. Поэтому показаны лишь крайние функции плотности распределения chet09.wmf в начальный момент при chet10.wmf и конечное распределение при chet11.wmf, промежуточные функции при chet12.wmf не показаны.

Совокупность случайных функций chet13.wmf – случайный процесс изменения начальной мощности [1] (при заданном номере позиции контроллера машиниста, номере межремонтного периода [4] и номере диапазона начальной скорости). Стационарность, эргодичность этого процесса в данной статье не рассматриваются. Если выполняются условия n = const, chet14.wmf, nмеж = const, то функция f0 становится трехмерной, т.е. chet15.wmf, а chet16.wmf – двумерной.

Таким образом, совокупность функций f0 есть статистическое отображение начальной мощности для множества локомотивов рассматриваемого типа на пространство описанных координат, характеризующее её эволюцию.

Методика использования f0 заключается в том, что для каждого отдельного локомотива бортовой диагностической системой оцениваются параметры текущего распределения chet17.wmf при условии, что позиция контроллера машиниста постоянна, номер диапазона начальной скорости и межремонтного периода не изменяется, а межремонтная наработка tt на определенном промежутке времени считается постоянной. Такой величиной tt может быть, например, среднее значение наработки между началом и концом формирования репрезентативной выборки начальной мощности при n = const, chet18.wmf, nмеж = const, или середина трехмесячного интервала [4]. Необходимо, чтобы в каждом из выбранных интервалов для каждой позиции контроллера машиниста на промежутке времени мониторинга технического состояния имелось достаточное количество информации о переходных процессах [4]. Для выполнения этого условия 12 летний интервал от одного капитального ремонта маневрового тепловоза до следующего разбит на 48 интервалов m по три месяца. Выборки для оценки параметров распределения chet19.wmf формируются при мониторинге контролируемого параметра P0 тягового генератора наблюдаемого локомотива. При накоплении достаточного объема выборки при межремонтной наработке tt оцениваются каждый из параметров вектора chet20.wmf текущей функции распределения chet21.wmf и характеристики выборки (например, моды).

В качестве параметра для сравнения закона распределения начальной мощности chet22.wmf наблюдаемого тепловоза и статистического распределения для множества тепловозов f0 могут выступать или коэффициенты α, β (например, для распределения Вейбулла – Гнеденко параметр масштаба и формы [3]) или характеристики выборки (распределения) (математическое ожидание, дисперсия, мода, медиана). Чувствительность и однозначность этих величин как диагностических признаков [2] должна быть оценена при разработке методики. Эти характеристики понимаются в соответствии с определениями, приведенными в [5]. В качестве примера параметром для сравнения выбрана мода Pm. В рассматриваемом примере предполагается также, что мода линейно зависит от межремонтной наработки. Реальный закон изменения Pm должен быть определен после оценки закона распределения P0.

Мода Pm распределения начальной мощности P0 – величина начальной мощности, наиболее часто встречающаяся при фиксированной позиции контроллера машиниста, межремонтной наработке, номере диапазона начальной скорости P0. Мода показывает величину, свойственную значительной части совокупности ранжированных значений начальной мощности.

В рассматриваемом примере мода линейно изменяется на промежутке времени от tмеж = 0 до tмеж = tпp, т.е. Pm = f(tмеж). Ожидаемое распределение – распределение P0 с модой Pmc при текущем значении межремонтной наработки tt, рассчитанное по оценке параметров распределения (например α, β), выполненной для множества локомотивов [4]. Текущее распределение – распределение P0 с модой Pmt, полученное в результате обработки измерений мощности в ходе мониторинга параметров работы дизель-генераторной установки контролируемого локомотива бортовой системой диагностирования на промежутке времени chet23.wmf

Если Pmc ≤ Pmt, то тепловоз работоспособен и не требуется углубленного диагностирования, остаточный ресурс tост достаточен для эксплуатации от tt до tпp. В противном случае как минимум необходимо этот локомотив отнести к группе риска.

В [4] обосновано принятие минимального периода межремонтной наработки для формирования выборки – 3 месяца. При этом принято допущение, что техническое состояние локомотива за такой промежуток времени изменяется незначительно. Поэтому, если chet24.wmf больше трех месяцев, то объект должен пройти углубленное диагностирование. Величина в три месяца является ориентировочной и подлежит уточнению.

Соотношение Pmc > Pmt указывает на возможно недостаточный остаточный ресурс до очередного ремонта ТР3, СР, КР. Решение о необходимых ремонтных воздействиях на локомотив должно принимать после углубленного диагностирования.

Величина chet25.wmf может служить косвенной оценкой остаточного ресурса локомотива по ДГУ.

Соотношения между Pmc, Pmt, tc, tt показаны в соответствии с примером на рис. 2 и должны быть уточнены после выбора закона распределения начальной мощности, оценки параметров распределения и определения характера изменения параметра распределения, принятого в качестве диагностического признака.

При расчете оценок коэффициентов αc и βc должно производиться исключение промахов. Наличие таких промахов, если АПК «Борт» работоспособен, свидетельствует о нарушении режимов эксплуатации или износе каких-либо систем локомотива больше среднестатистического уровня. В первом случае должны следовать организационные мероприятия, во втором – углубленное диагностирование.

На основании такого анализа может приниматься решение о необходимости ремонтных, организационных или других воздействий на локомотив или систему локомотива. Один из вариантов решения – углубленное диагностирование в стационарных условиях или специализированными мобильными диагностическими средствами.

Таким образом, функции распределения начальной мощности могут быть использованы для технического диагностирования дизель-генераторной установки локомотива. Закон и оценки параметров распределения начальной мощности для совокупности локомотивов может быть определен по архивным данным измерений параметров с помощью соответствующей бортовой системы. Распределение начальной мощности наблюдаемого тепловоза необходимо определять по результатам мониторинга контролируемого параметра в описанных условиях. Для получения результата технического диагностирования может использоваться совокупность распределений начальной мощностей, оценки параметров или характеристик распределения. Для реализации предложенной методики использования информации базы данных измерительной информации бортовой диагностической системы рекомендуются направления дальнейших исследований:

1. Определение закона распределения начальной мощности P0 для совокупности локомотивов, измерительная информация для которых была сохранена в базе данных за время эксплуатации АПК «Борт».

2. Удаление значений, являющихся выбросами (промахами).

3. Подтверждения соответствия выборки выбранному закону распределения.

4. Получение точечной оценки параметров закона распределения для отдельных позиций контроллера машиниста, номеров интервалов начальной скорости и межремонтной наработки.

5. Оценка достоверности аппроксимации законом распределения статистических данных.

6. Выбор сочетания номера позиции контроллера машиниста, номера интервала начальной скорости, для которых максимальна достоверность аппроксимации выбранным законом распределения статистических данных для совокупности локомотивов.

7. Обоснование рекомендаций по выбору закона распределения по результатам оценки достоверности аппроксимации.

8. Описание методики использования полученных оценок параметров закона распределения для оценки технического состояния локомотива.


Библиографическая ссылка

Четвергов В.А., Величко М.С., Мишин А.И., Сиряк П.А. О МЕТОДИКЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БАЗЫ ДАННЫХ АПК «БОРТ» ДЛЯ ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЛОКОМОТИВА // Современные наукоемкие технологии. – 2017. – № 2. – С. 69-73;
URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=36587 (дата обращения: 15.06.2024).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,674