Indicators of reliability of the batteries of traction rolling stock

Постановка проблеммы

 

На большинстве маневровых тепловозов применяется электростартерный пуск, который имеет ряд преимуществ. Эта система компактна и надежна в работе, обеспечивает возможность автоматизации процесса пуска с помощью несложных электротехнических устройств. Она состоит из аккумуляторной батареи, цепей пуска (провода, коммутационная аппаратура управления) тягового генератора, работающего в режиме стартера. Основным звеном для всех систем электростартерного пуска дизелей тепловозов является аккумуляторная батарея. Однако режимы работы аккумуляторной батареи различаются в зависимости от конкретной системы пуска.

Основными параметрами батареи, которые влияют на процесс пуска двигателя, является ее емкость и число электродов в аккумуляторе, температура электролита и степень разряда батареи. Эти параметры достаточно сложно оценить в условиях эксплуатации маневровых тепловозов.

Для обеспечения надежной и бесперебойной эксплуатации маневровых

тепловозов актуальной задачей является определение показателей долговечности и надежности аккумуляторных батарей маневровых тепловозов с целью оценки и прогнозирования технического состояния.

 

 

Анализ исследований и публикаций

 

Проанализированы экспериментальные данные и сравнены с теоретическими результатами моделирования аккумуляторных батарей системы пуска тепловозных дизелей с учетом условия работы при пуске, вольт-амперных и разрядных характеристик при разной температуре окружающей среды и степени разряда [1]. Исследованы и разработаны перспективные средства диагностирования аккумуляторных батарей тепловозов [2]. Получены результаты для определения значения показателей долговечности и надежности аккумуляторных батарей маневровых тепловозов [3].

 

Цель работы

 

Определить показатели долговечности и надежности аккумуляторных батарей маневровых тепловозов на основании статистических данных по распределению наработок на отказ систем пуска дизелей тепловоза.

 

Основной материал

 

В работе рассматриваются показатели надежности и долговечности модернизированной системы пуска дизеля тепловоза. Модернизация системы заключается в ограничении пускового тока с использованием балластного сопротивления, величина которого постепенно уменьшается при пуске за счет применения управляемых полупроводников [4].

Долговечность как свойство аккумуляторных батарей маневровых тепловозов длительно сохранять работоспособность до отказа или предельного

состояния остаточной емкости может быть количественно оценена несколькими показателями, среди которых в первую очередь следует назвать среднее время работы (наработка) Т аккумуляторной батареи до отказа. Если известен закон распределения пускового тока i, то можно определить математическое ожидание, которое имеет физическое содержание среднего значения, то есть

 

(1)

Средняя продолжительность наработки на отказ применяется преимущественно для, неремонтопригодных объектов и простых элементов сложных систем. Для оценки долговечности сложных систем, которые состоят из большого числа элементов, средняя наработка на отказ является недостаточно информативным показателем [5,6].

Для аккумуляторных батарей маневровых тепловозов как показатель долговечности целесообразно применять среднюю наработку на отказ, которая является отношением суммарной наработки Т_СУМ однотипных аккумуляторных батарей к количеству их отказов n_отк в течении этой наработки:

 

(2)

где – среднее значение параметра потока отказов.

Важным показателем долговечности элементов системы пуска маневровых тепловозов является среднее время наработки Т_рі между техническими обслуживаниями и ремонтами, во время которых аккумуляторные батареи проходят обслуживание, подзарядку, контроль технического состояния. При этом следует различать нормативные значения Т_рі, которые устанавливаются нормативными документами, и фактические значение ˉ Т_рі, которые определяются по статистическим данным локомотивных депо и железных дорог в конкретных условиях эксплуатации маневровых тепловозов. Набор Т_рі(і=1,2,…k)межремонтных пробеговопределяется структурой принятогоремонтного цикла, который относится к видам технических обслуживаний, текущих икапитальных ремонтов [6].

Гарантийный срок службы аккумуляторных батарей после установки на тепловоз Т_ГАР – это срок службы, в течение которого завод производитель аккумуляторов гарантирует исправность батареи и несет материальную ответственность за неисправности возникающие при соблюдении технических условий эксплуатации.

Для характеристики долговечности аккумуляторных батарей маневровых тепловозов целесообразно использовать показатель «Гамма-процентной наработки». Если γ – оговоренный процент аккумуляторов, то L_γ – гамма-процентная наработка, в течении которой не откажут (или не достигнут предельного состояния разряда) γ процентов аккумуляторных батарей одного типа [6].

Срок службы (ресурс) до списания аккумуляторов Т_СЛ – это календарная

продолжительность эксплуатации аккумуляторных батарей до выхода из строя или иного предельного состояния, после которого восстановление работоспособности и дальнейшая эксплуатация невозможны или экономически нецелесообразны.

Для расчета показателей надёжности аккумуляторных батарей целесообразно использовать основные положения и выводы выборочного метода оценки параметров распределений наработки на отказ, статистические сведения по плотности электролита и напряжения на элементах батареи, полученные из наблюдений в локомотивных депо на тепловозах, находящихся в эксплуатации.

При рассмотрении методики и формул расчета показателей надежности

предполагается, что исходная информация объективная, достоверная, отобранная в соответствии с положениями избирательного метода и по объему достаточна для получения оценок параметров с заданной доверительной вероятностью и точностью [5,6].

При первичной обработке статистической информации ее следует сгруппировать по k интервалам пробега в зависимости от цели анализа. При группировке данных по интервалам обозначается через Δn_i число отказов объектов в i-м интервале (i =1,2,..., k) продолжительность работы батареи, соответствует середине i-го интервала шириной Δl.

Показатели безотказности, долговечности и хранения аккумуляторов, когда известен вид закона распределения наработки на отказ или до заданного предельного состояния, определяются оценками параметров этих законов.

Для нормального закона распределения величины пусковых токов аккумуляторных батарей тягового подвижного состава, оценки параметров а и σ можно получить при полном плане эксплуатационных испытаний по формулам, которые при интервальной группировке данных преобразуются в уравнение:

 

(3)

 

Надежность аккумуляторной батареи определяется комплексным свойством, для оценки применяют комплексные показатели, зависящие одновременно от безотказности, долговечности, ремонтопригодности, сохраняемости.

Коэффициент готовности К_Г является показателем, величина которого зависит от частоты отказов и длительности восстановления работоспособности. Он определяется как доля суммарного времени нахождения некоторой совокупности ЕТПС (например, парка локомотивного депо) в работоспособном состоянии за некоторый календарный период (год, месяц) по отношению к сумме этого времени и общего времени восствновления после отказов, произошедших в анализируемом периоде, т.е.

 

(4)

где Т_Э – суммарное время эксплуатации парка локомотивов в работоспособном состоянии за анализируемый период; Т_СП – суммарное время простоя локомотивов в ремонте по причине отказа системы пуска дизеля за этот же период.

В общее время восстановления входят следующие элементы: время простоя локомотива на перегоне, из-за отказов систем пуска; время транспортирования до депо или пункта, где проводится ремонт.

Коэффициент отказа систем пуска

 

(5)

Как следует из (5), коэффициент простоя выражает долю суммарного времени нахождения локомотивов в неработоспособном состоянии. По своему физическому смыслу К_СП аналогичен традиционному показателю «процент больных» локомотивов в депо.

Приведенные выше комплексные показатели надежности определяются: по плановым (проектным) и фактическим данным, полученным в результате эксплуатации локомотивов; по локомотиву в целом и отдельным его узлам, агрегатам; в функции времени эксплуатации, пробега или выполненной перевозочной работы в тонно-километрах брутто.

 

Выводы

 

В статье изложена методика определения показателей долговечности и надежности аккумуляторных батарей маневровых тепловозов на основании анализа плотности распределения наработок на отказ со штатной и модернизированной системой пуска дизеля. Полученные данные свидетельствуют об увеличении срока службы аккумуляторных батарей на 36%.

Список литературы:

 

1. Тартаковский, Е.Д. анализ экспериментальных данных и их сравнение результатам теоретических исследований на основе разработанной адаптированной математической модели аккумуляторных батарей системы пуска тепловозных дизелей [Текст] / Е.Д. Тартаковский, Ю.В. Кривошея, К.А. Рябко // Сборник научных работ. - Донецк: ДонИЖТ, 2011. - Вып 28. - С. 136-142.

2. Рябко, К.А. разработка перспективных средств диагностики аккумуляторных батарей тепловозов [Текст] / К.А. Рябко // Сборник научных трудов. - Донецк: ДонИЖТ, 2013. - Вып 35. - С. 111-116.

3. Тартаковский, Э.Д. Определение показателей долговечности и надежности

аккумуляторных батарей маневровых тепловозов [Текст] / Э. Д. Тартаковский, А.В. Устенко, Ю.В. Кривошея, К.А. Рябко // Наука и образование транспорта:

материалы 6-й междунар. научно-практической. конф. (Самара, 05-07.11.2013). - Самара: СамДУШС, 2013. - С.48-79.

4. Рябко К.А. продление срока службы аккумуляторных батарей маневровых

тепловозов путем совершенствования системы пуска дизеля // Диссертация на соискание ученой степени к.т.н., специальность 05.22.07 - подвижной состав железных дорог и тяга поездов. [Текст] / Рябко Константин Александрович.- Харьков, 2012. - 126 с.

5. Агуф И.А., Дасоян М.А. основы расчета конструирования и технологии производства свинцовых аккумуляторов [Текст]. - Ленинградское отделение.; Энергия, 1978. - 152 с.

6. Четвергов В.А. Надежность локомотивов: [учебник для вузов ж.-д.трансп.] / В. А. Четвергов, А. Д. Пузанков. - М.: Маршрут, 2003. - 415 с.

 

Аннотации:

 

Долговечность как свойство аккумуляторных батарей маневровых тепловозов длительно сохранять работоспособность до отказа или предельного состояния остаточной емкости может быть количественно оценена несколькими показателями, среди которых в первую очередь следует назвать среднее время работы (наработка) Т аккумуляторной батареи до отказа. Для аккумуляторных батарей маневровых тепловозов как показатель долговечности целесообразно применять среднюю наработку на отказ, что является отношением суммарной наработки Т_сум. однотипных аккумуляторных батарей с количеством их отказов n_отк. Для характеристики долговечности аккумуляторных батарей маневровых тепловозов целесообразно использовать показатель «гамма – процентные наработки». Для нормального закона распределения величины пусковых токов аккумуляторных батарей маневровых тепловозов, оценки параметров а и σ можно получить при полном плане эксплуатационных испытаний. На основании проведенных расчетов получена плотность распределения наработок на отказ аккумуляторных батарей маневровых тепловозов со штатной и модернизированной системой пуска. Полученные данные свидетельствуют об увеличении срока службы аккумуляторных батарей на 36%.

Ключевые слова: аккумуляторная батарея, емкость аккумулятора, показатели надежности, наработка на отказ, закон распределения.

Довговічність як властивість акумуляторних батарей маневрових тепловозів довго зберігати працездатність до відмови або граничного стану залишкової ємності може бути кількісно оцінена декількома показниками, серед яких в першу чергу слід назвати середній час роботи (напрацювання) Т акумуляторної батареї до відмови.

Для акумуляторних батарей маневрових тепловозів як показник довговічності доцільно застосовувати середній наробіток на відмову, що є відношенням сумарного напрацювання Тсум. однотипних акумуляторних батарей з кількістю їх відмов n_отк. Для характеристики довговічності акумуляторних батарей маневрових тепловозів доцільно використовувати показник «гамма–процентні напрацювання». Для нормального закону розподілу величини пускових струмів акумуляторних батарей маневрових тепловозів, оцінки параметрів а і σ можна отримати при повному плані експлуатаційних випробувань. На підставі проведених розрахунків отримана щільність розподілу напрацювань на відмову акумуляторних батарей маневрових тепловозів зі штатною і модернізованою системою пуску. Отримані дані свідчать про збільшення терміну служби акумуляторних батарей на 36%.

Ключові слова: акумуляторна батарея, ємність акумулятора, показники надійності, напрацювання на відмову, закон розподілу

Durability as a property batteries shunting locomotives long survive before failure or limit state residual capacity can be quantified by several factors, among which in the first place should be called mean time (working hours) T battery failures. Batteries for shunting locomotives as an indicator of durability

appropriate to apply MTBF, which is the ratio of the total time T_soumou similar batteries n_otk amount of their failures. For durability characteristics batteries shunting locomotives should be used indicator "gamma-interest operating time. "For a normal distribution of values starting current batteries shunting locomotives, estimating the parameters a and σ can be obtained with the full terms of the performance test. On the basis of calculations obtained density distribution MTBF

battery shunting locomotives with the standard and modernized system start-up. The findings suggest an increase in battery life by 36%.

Key words: rechargeable battery, battery capacity, reliability, distribution law.