Оптимизация системы технического обслуживания и ремонта локомотивов

Оптимизация системы технического обслуживания и ремонта локомотивов

Введение

Одна из важнейших проблем железнодорожного транспорта сегодня - повышение надёжности работы тягового подвижного состава, снижение трудоёмкости ремонта локомотивов, а значит, и эксплуатационных расходов. Чтобы решить эту задачу, необходима принципиально новая концепция перехода на ремонт тягового подвижного состава по его фактическому состоянию.

Существующая продолжительное время планово - предупредительная система ремонта локомотивов в её нынешнем виде не отвечает современным требованиям. Она не учитывает климатические и эксплуатационные условия полигонов работы, физический износ тягового подвижного состава, интенсивность его использования, конструктивные особенности каждой серии локомотивов.

Приведём некоторые данные работы других дорог:

Опыт показывает, что переход на новую систему ремонта тягового подвижного состава возможен только с одновременным внедрением диагностических комплексов и передовых технологий ремонта узлов локомотивов. Поэтому в 1998г. на дороге была разработана и утверждена концепция развития локомотивного хозяйства, основным направлением которой является специализация депо, их укрепление, внедрение технологий, разработанных совместно с ведомственной наукой, другими институтами Сибири, предприятиями ВПК, центра внедрения новой техники и технологий (ЦВНиТ) “Транспорт”.

С объединением Кемеровской и Западно-Сибирской дорог появилась реальная возможность сосредоточить ремонт локомотивов по их сериям, организовать кооперацию ремонта отдельных узлов на основе современных технологий.

Только широкая специализация позволяет внедрить передовые высокоэффективные технологии, а это - реальная основа перехода на новую систему ремонта локомотивов по состоянию. После получения руководящего документа МПС №2185у от 30 сентября 1999г. “Об организации работ для перехода на ремонт по техническому состоянию локомотивов и МВПС” на дороге издан приказ, где определены пять базовых депо, лучше других оснащённых диагностическими комплексами, имеющими определённый опыт их работы, утверждена новая цикличность, т.е. межремонтные пробеги. Это депо Карасук, Московка, Тайга, Омск, Новосибирск-Главный.

Предлагается плановая постановка локомотивов на ремонт с широким использованием средств диагностики для определения объёма ремонтов в зависимости от технического состояния с обязательным увеличением межремонтных пробегов и снижение трудоёмкости.

Для перехода на новую систему ремонта дорога с 1996г. начала планомерно приобретать диагностические комплексы и внедрять современные технологии. Сегодня в 12 депо имеются 44 диагностических комплекса.

Системы мониторинга машин, т.е. наблюдения за их техническим состоянием - наиболее эффективное средство снижения затрат при переходе на техническое обслуживание машин и оборудования по их фактическому состоянию. При этом экономия в среднем по статистическим данным развитых стран мира составляет около трети затрат на ремонт и обслуживание. И это без учета такого важного фактора, как снижение вероятности крупных аварий с тяжелыми последствиями для окружающей среды.

Все это данные прошлых лет. Новое поколение систем мониторинга с активным подключением диагностики дает более высокие результаты. Во-первых, из-за снижения стоимости этих систем, использующих компьютерную технику с высокой степенью интеграции. Во-вторых, из-за все возрастающих возможностей компьютерной диагностики машин и оборудования. Основная информация о возможностях систем мониторинга и диагностики нового поколения изложена ниже.

Современная система мониторинга и диагностики включает в себя четыре составные части: -

-  средства измерения и анализа сигналов,

-       средства мониторинга,

-       средства диагностики,

-       средства технического обслуживания.

Такая система поставляется, как правило, не заводом-изготовителем машин и оборудования, а специализированной фирмой, владеющей методиками мониторинга и диагностики и выпускающей под эти методики необходимые технические средства. Заводы-изготовители наиболее ответственных машин при их создании могут или кооперироваться с подобными фирмами, выполняя их требования по монтажу средств измерения, или комплектовать машины простыми средствами аварийной защиты (средствами защитного мониторинга), чаще всего объединенными в одну систему со средствами автоматического управления. Используемые специализированными фирмами методики часто содержат различного вида ноу-хау, поэтому выбор системы мониторинга обычно начинается с оценки их возможностей по следующим показателям:

-    полнота обнаружения нештатных ситуаций,

-       минимальное время от обнаружения дефекта до аварийной ситуации,

-       вероятность ошибок при принятии ответственных решений,

-       объемы и сложность измерений и средств для их проведения.

Но не менее важными вопросами, часто выпадающими из поля зрения, являются особенности перехода от обнаружения нештатной ситуации к определению ее вида и степени опасности, т.е. перехода от мониторинга к диагностике. Поскольку на практике каждая современная система мониторинга имеет элементы систем диагностики, именно эти показатели становятся определяющими.

Специфика используемых в настоящее время методик мониторинга и диагностики машин во многом обусловлена историей их развития, что отразилось и на структуре выпускаемых систем. Наиболее фундаментальные исследования по разработке таких методик и систем многие годы проводились в двух областях техники, а именно, в авиации и на флоте, в основном, ведущими странами - США и СССР. В авиации основное внимание уделялось разработке систем защитного мониторинга, предотвращающих развитие аварийной ситуации. На флоте глубоко исследовались вопросы создания систем диагностики и долгосрочного прогноза, причем в силу остроты стоящих там проблем снижения вибрации и шума, основной акцент делался на разработку систем виброакустической диагностики.

1. Комплексная система технического обслуживания

Комплексная система технического обслуживания (ТО) и текущего ремонта локомотивов (ТР) с применением средств контроля и диагностики.

Как известно, в основу существующей планово-предупредительной системы ремонта локомотивов (ППР) заложен регламентированный метод производства ТО и ТР, содержание, периодичность и объемы которых назначают на основе среднестатистических данных о результатах эксплуатации однотипного оборудования. Однако ресурсы последнего имеют значительный разброс, что вызвано отличающимися технологиями и качеством ремонта, а также интенсивностью эксплуатации локомотивов. Как правило, при планово-предупредительной системе ТО и ТР индивидуальные ресурсы деталей, узлов и машин недоиспользуются. Кроме того увеличивается трудоемкость ремонта, а разборки и сборки механического оборудования локомотива без объективной необходимости только ухудшают технические параметры его работы.

Чтобы сократить затраты на содержание локомотивов в эксплуатации, была поставлена задача создать систему ТО и ТР, которая бы учитывала индивидуальное техническое состояние оборудования. Данная система основана на использовании в ремонтной практике средств контроля и диагностики, с помощью которых осуществляется непрерывное или периодическое слежение за параметрами, характеризующими техническое состояние узлов и агрегатов. Решение о необходимости проведения ремонта принимают тогда, когда значение контролируемого параметра достигает предотказового значения.

Для иллюстрации рассмотрим пример контроля технического состояния буксовых подшипников при текущем ремонте ТР-1. Если правила ремонта рекомендуют после прокрутки колесно-моторного блока снять крышку буксового узла и осмотреть подшипник, то прокрутку, согласно разработанной технологии, можно совместить с контролем технического состояния подшипника, например, спектроанализатором. И по результатам контроля дать рекомендации: какие крышки буксового узла необходимо снять для осмотра, а какие в: демонтаже не нуждаются. Основанием для принятия решения в данном случае является сопоставление измеренного и предотказового уровеней виброакустического сигнала. Структурные схемы управления ППР и комплексоной системы производства ТО и ТР с использованием средств диагностики показаны на рис.2.

Способы реализации методов регламентированного обслуживания и технического обслуживания с учетом состояния оборудования локомотивов поясняет рис. 1и 2 гдеА, В и С - текущие значения контрольных параметров оборудования в моменты времени Т1,.Т2 и ТЗ; Р1, Р2 и РЗ - назначенные ремонты. Для метода регламентированного обслуживания ремонт назначают в зоне 0 - П1. где П1 - предельный уровень (вне зависимости от значения П строго по пробегу локомотива в соответствии с заданной периодичностью). Для метода ТО и ТР, учитывающего техническое состояние с помощью контроля параметров, вводится показатель П2 - предотказовый уровень. При значении ,П>П2 для контролируемого узла или агрегата назначают ТО или ТР а если П<П2, то техническое состояние считают удовлетворительным и ремонт, не осуществляют. Величина DП=П1-П2 определяет «упреждающий» допуск.

Рисунок 1 - Структура назначения ремонта по методу контроля параметров оборудования

Рисунок 2 - Структура назначения ремонта по методу регламентированного обслуживания

Данный метод является развитием, планово-предупредительного, так как периодичность и объем работ планируют. по результатам технического диагностирования. Исходную информацию о техническом состоянии оборудования получают измерением его функциональных и диагностических параметров на ТО и ТР локомотивов.

Выход любого параметра за нормированный допуск является основанием для принятия решения. о необходимости производства ремонтных операций.

Для метода ТО и ТР. информационной основой которого являются результаты анализа технического состояния оборудования, важно определить состав диагностируемых параметров, а также «упреждающие» допуски, периодичность контрольных операций. Метод обладает бесспорными преимуществами, поскольку позволяет определять техническое состояние без разборки оборудования, распознавать неисправности на ранней стадии их возникновения.

Рисунок 3 - Структурные схемы уровней управления планово-предупредительной и комплексной системой ТО и ТР

Таблица 1.1 - Основные этапы перехода к системе ремонта электровозов с учетом технического состояния, определяемого с помощью средств диагностики и контроля

№ пп	Периодичность контроля электровозов на ремонте	Назначение объемов ремонта
1	Контроль техническое диагностирование совмещают с плановой постановкой локомотивов на ремонт (в данном случае на текущий ремонт)	Ремонт осуществляют в соответствии с объемами, указанными в правилах ремонта. Назначаются дополнительные работы для узлов и элементов оборудования, параметры технического состояния которых находятся вне поля допуска
2	На основе опытной эксплуатации устанавливают периодичность и технологию контроля оборудования. Назначают выборочные проверки оборудования. Производят корректировку пробегов до ТР-1	Выполняют контроль и диагностику основных узлов и агрегатов, влияющих на безопасность движения и работоспособность локомотива. Корректируют объемы работ в соответствии с технологическими картами контроля оборудования, разработанными на основе опытной эксплуатации
3	Разрабатывают электронный паспорт технического состояния оборудования локомотива. Оборудование разделяют на диагностируемое и недиагностируемое. Осуществляют прогнозирование ресурсных параметров электровоза. Дату постановки локомотива на ремонт рассчитывают на автоматизированном рабочем. месте (АРМ) на основе анализа диагностической информации	Объемы ремонта формируют по данным электронного паспорта технического состояния локомотива. Ремонт с учетом технического состояния выполняют только для диагностируемых узлов

Внедрение средств контроля и диагностики в технологический процесс ремонта локомотивов является инструментом для совершенствования системы их технического содержания в эксплуатации. Создание информационной базы о параметрах, характеризующих техническое состояние узлов и, агрегатов, влияющих на ресурс локомотива, дает возможность формировать объем работ и реально управлять техническим состоянием локомотивного парка.

Разработанный проект комплексной. системы технического содержания локомотивов предусматривает сочетание одновременно двух основных принципов технического обслуживания локомотивов - с учетом фактического технического состояния и по плановому регламенту. Внедрение комплексной системы ТО и ТР состоит из трех этапов (см. табл. 1).,На первом планируется .использование средств контроля и диагностики для проверки оборудования локомотива после ремонта или в случае определения места и характера отказа при устранении неисправности на неплановом ремонте. Для этого рассматривают структуру ремонтного цикла, объемы работ, затраты по видам ремонта. Проводят углубленный анализ порч и неисправностей оборудования, выявляют наиболее слабые узлы и детали. По результатам анализа технико-экономических данных намечают текущий план мероприятий для внедрения комплексной системы ТО и ТР локомотивов.

На втором этапе технико-экономическим анализом или экспертным методом для данного депо; определяют узлы или агрегаты, состояние которых ограничивает увеличение наработки локомотивов данной серии между ТР-1, ТР-2 и ТР-3, а также элементы, отказы которых вызывают наибольшие экономические потери. Разрабатывают технологические карты контроля узлов и машин с применением средств технической диагностики. Осуществляют комплектацию диагностического комплекса текущего ремонта локомотивов по видам оборудования: механического, электрического, вспомогательных машин и др.

На третьем этапе для каждого локомотива составляют электронный паспорт, включающий сведения о техническом состоянии оборудования по результатам диагностирования. Эти паспорта вводят в базу данных технического состояния всего локомотивного парка, используя специальные программы Для персонального компьютера. На основании результатов диагностирования перечень работ для конкретного локомотива может быть не только увеличен (по сравнению с базовым, соответствующим правилам ремонта), но и уменьшен, если величина остаточного ресурса оборудования позволяет эксплуатировать его до следующего ТР. Примерная программа работ, сопровождающих внедрение комплексной системы ТО и ТР. представлена на рис.3.

Первичная информация, накапливаемая в период испытаний, включала в себя сведения из учетных и отчетных форм ТУ-29,ТУ-17 и ТХО-5, а также ведомостей и журналов. Кроме информации об отказах, для электровозов опытной и контрольной групп собирались данные об их наработке от начала опытной эксплуатации и за каждый месяц в течение периода наблюдений. Были рассчитаны суммарные пробеги локомотивоч, построена реализация межремонтных пробегов по каждому электровозу, определены средние значения параметров потока отказов. Ни основании этих расчетов проведен анализ экономического эффекта от применения средств контроля и диагностики для групп электроеэзов с пробегами до ТР-1 25 и 30 тыс. км.

Внедрение комплексной системы технического обслуживания и текущего ремонта подвижного состава с применен средств технической диагностики и контроля позволяет: снизить затраты на устранение отказов локомотива при неплановых ремонтах; сократить расходы на проведение ТО и ТР .(вследствие изменения их периодичности и уменьшения объема работ); снизить потери с простоя локомотивов на ТО и ТР; сократить удельный расход электроэнергии на тягу поездов

Однако, существующие в настоящее время технические средства разрабатывались независимо многими разработчиками, бессистемно. Что в результате не позволяет создать комплексную структуру диагностирования локомотива

Также выяснилось, что существующие программные средства подвержены тем же недостатку. Тем не менее на основе современных информационных технологий возможно исправить сложившиеся положение.

В связи с этим была разработана следующая схема совершенствования системы ремонта с использованием современных вычислительных машин.

Рисунок 4 Схема совершенствования системы ремонта локомотивов с использованием современных вычислительных машин

Данные, получаемые в результате диагностики, имеют различное представление. К сожалению реализация спецификации языка SQL связана с большими человеко-машинными затратами, поэтому необходимо преобразование данных, представленные в любом формате, к некоему общему виду.

Для обработки этих данных и выдачи рекомендаций по коррекции технического состояния электровоза предложена следующая структура базы знаний:

В данной базе существуют концептуальные знания Rs - о техническом состоянии (ТС) узла, Ra - о мерах по его улучшению, эпизодические знания Rr, содержащие данные о изменении ТС.

На основе вводимого в дальнейшем измененного вектора технического состояния определяется эффективность принятых мер.

Также проведен анализ надежности информационных потоков в депо и предложена методика рационализации объема обрабатываемых данных.

Поскольку информацию об отказах обрабатывают и используют различные отделы, возникает проблема разработки такой формы данных, которая удовлетворяла бы разным требованиям. Так, информацию об отказах в эксплуатирующих подразделениях стремятся использовать для анализа нарушения правил эксплуатации, чтобы исключить повторение таких нарушений. Для этого в первичном сообщении необходимо иметь информацию о характере допущенной ошибки, условиях ее совершения, квалификации работника, допустившего нарушение, и. т.д.

Также необходима автоматизация ремонтного процесса.

Цель функционирования оперативного планирования (ОП) - планомерная организация ритмичной работы ( и ее поддержание ) по выполнению программы ремонта локомотивов при соблюдении директивных сроков.

Комплекс решаемых ОП функциональных задач представлен тремя блоками:

Объемного планирования - сводится к расчету производственных программ депо, цехов, участков, бригад и обоснованию их объемными расчетами загрузки оборудования и ремонтных участков

Календарного планирования - построение совокупности взаимоувязанных сроков в виде календарных графиков производства и ремонта

Оперативного планирования - разработка пятидневных и сменных (суточных) заданий цехам, участкам, бригадам; оперативный учет, контроль исполнения заданий, регулирование хода производства и ремонта.

В элементный состав ОПП входят:

.Людские ресурсы - административно-управленческий аппарат заводских и цеховых служб

. Материальные ресурсы

. Технические средства

. Экономико-математические методы - логико-математические и эвристические методы, машинные программы решения задач

.Информационное обеспечение - спецификация изделий, карты технологических процессов, нормы трудоемкости, календарно- плановые нормы.

В организационном аспекте ОПП имеет трехуровневую структуру:

На деповском уровне;

На цеховом уровне;

На участковом уровне.

2. Статистическая обработка данных, расчет надежности

 

.1 Сбор данных и статистическая обработка износа МОП

Данные выбирались из журналов ремонта для серии локомотивов ВЛ-80т

Составим интервальный ряд распределения

Таблица 2.1 - Интервальный ряд распределения отказов

	t1	t2	t3	t4	t5	T6
Пробег, тыс км.	0-150	150-300	300-450	450-600	600-750	750-900
Число отказов	0	5	15	18	20	45

Проверим достаточность размера выборки.

Размер выборки объективно регламентируется средним значением и рассеиванием среднего параметра. Чем больше разброс исследуемого параметра, тем больше должен быть размер выборки для получения достоверного результата.

Сначала необходимо получить предварительные данные о характере изменений исследуемого параметра от его среднестатистического значения. Необходимо проверить, что n ≥ Nmin, т. е. что выбран достаточный размер выборки, где n - общее число отказов;- минимальный размер выборки.

Определим среднее значение размера выборки по выражению:

                                                                                     (1)

где k - число интервалов;- среднее число параметра в интервале;- число значений в интервале.

мм.

Определим рассеяние исследуемого параметра, как основное среднеквадратичное отклонение, которое определяется по выражению:

где n - общее число наблюдений, т. е . отказов.

На основании среднеквадратического откланения и среднего значения можно определить меру изменчивости исследуемого параметра J по формуле:

                                                                                    (3)

.

Если допустить в оценке размера возможную ошибку x = 5, то тогда по монограмме рисунок 1.1 можно проверить достаточность объема выборки n. Для этого сначала определим отношение

                                                                                             (4)

По монограмме определяем Nmin- размер выборки.

По выражению n ≥ Nmin определяем достаточность объема выборки:

Неравенство выполняется, следовательно объем выборки достаточен.

Рисунок 5 - График минимально допустимых чисел измерений Nmin в зависимости от f

2.2 Расчет параметров надежностии надежности МОП

Значение этой функции можно найти по опытным или эксплуатационным данным. Эта функция показывает, что за определенный пробег не наступит отказа.

Пусть N - число локомотивов, за которыми ведется наблюдение, т.е. эксплуатируемый парк, а n(S) - число локомотивов, которые отказали по причине неисправности системы отопления вагонов. Тогда вероятность безотказной работы определим по формуле:

                                                                   (5)

Определим вероятность безотказной работы для каждого интервала пробега по формуле:

;

Для остальных значений расчет произведем аналогичный данные занесем в табл.2.2

Таблица 2.2 - Вероятность безотказной работы

	t1	t2	t3	t4	t5	T6
Пробег, тыс км.	0-150	150-300	300-450	450-600	600-750	750-900
Число отказов	0	5	15	18	20	45
Р, вероятность безотказной работы	1	0,895833	0,6875	0,625	0,583333	0,0625
0,71,21,51,71,81,9

Для описания функции надежности аналитически необходимо достоверно установить закон распределения случайной величины.

Соответствие эмпирического распределения, выбранному теоретическому, проверяется при помощи какого-либо критерия согласия, например, .

Проверка соответствия эмпирического распределения теоретическому

В результате первоначальной обработки данных мы предположили, что случайная величина распределена по нормальному закону, об этом свидетельствует внешний контур гистограммы. Проверим согласованность эмпирического распределения с теоретическим, с помощью критерия согласия

                                                                         (6)

где mi - число отказов на i-м промежутке;

рi - вероятность этих поломок.

В случае малого значения можно считать, что функция хорошо описывает случайную величину. Эта величина должна быть меньше граничного значения , которая определяется по методической литературе при соответствующем уровне значимости и числу степеней свободы.

Предположим, что уровень значимости q=5%=0,05. Число степеней свободы определим по выражению:

=r-3                                                                                                 (7)

где r- число интервалов, r=6.=6-3=2.

По уровню значимости равным 0,005 и числу степеней свободы равным 2 определяем :

=7,8.

Рассчитаем теперь экспериментальное значение . Теоретические вероятности вычислим, исходя из предположения, функция распределена по нормальному закону:

                                                                   (8)

где Ф - табличное значение интеграла Гаусса от функции Лапласа;

 - среднее значение выборки,;

 - среднеквадратичное отклонение;

хi - участок, на котором ведется наблюдение.

По результатам расчетов экспериментальное значение критерия согласия =5,831, в то время как =7,8.

В соответствии с неравенством > , можно сделать вывод о том, что опытные данные соответствуют принятому нормальному закону распределения случайной величины.

Следовательно, для описания функции надежности аналитически можно воспользоваться нормальным законом распределения, точнее так называемым «усеченным» законом:

                                                                       (9)

где а - математическое ожидание, а=14460 км;

 - среднеквадратичное отклонения, =1156 км.

Вероятность отказа определим по формуле:(S)=1-P(S), (10)(6)=1-0,92=0,08;(10)=1-0,92=0,08;(14)=1-0,85=0,15;(18)=1-0,38=0,62.

Вероятность отказов представляет собой эмпирическую функцию распределения случайной величины S-пробега до первого отказа. Необходимо получить аналитическое выражение этой функции, оно имеет вид:

                                                         (11)

где Ф(х) - табличное значение интеграла Гаусса от функции Лапласа;

 - величина пробега с наибольшей вероятностью отказа;пред - величина пробега с наибольшей вероятностью отказа с учетом среднеквадратичного отклонения, определяется по формуле:

                                                                                   (12)

пред=14460+3*1156=17928 км.

Используя справочные данные, определяем значение интеграла Гаусса от функции Лапласа при Ф(3)=0,9973 определяем вероятность параметрических отказов:

Вероятность отказа ничтожно мала. Что еще раз подтверждает правильность выбранной функции и доказывает, что закон распределения является нормальным.

Частота отказов

Размер выборки достаточен поэтому производим расчет параметров надежности.

По виду определяем приближенно закон по который описывает данный график. В нашем случае подходит (усеченный) нормальный закон. Тогда

,                                                                        (13)

где a - математическое ожидание;

s - основное отклонение.

Определим среднее время безотказной работы. После установления функции надежности Р(t) можно определит Q(t) - функцию распределения случайной величины Т - времени безотказной работы .

Средним временем безотказной работы или средней наработкой до первого отказа называется математическое ожидание Т0:

По опытным данным среднее время безотказной работы вычислим приближенно для больших N:

,                                                                                  (14)

Где N - число однородных элементов, за которыми ведется наблюдение;

Т1, Т2, …, ТN - время работы каждого из этих элементов до отказа.

Частота отказов

Частота отказов это плотность распределения времени работы элемента до отказа:

                                                                                       (15)

Где  - первая производная от функции

Значение функции а(t) по опытным данным вычисляется по формуле:

                                                                                     (16)

где  - число отказавших элементов на отрезке времени

Для 1 участка времени

Для остальных участков расчет произведем аналогично, данные приведем в табл. 2.2

Таблица 2.2 - Частота отказов

Участки	t1	t2	t3	t4	t5	t6
Интервал в тыс. км.	150	150	150	150	150	150
05103215
0,0000	0,0007	0,0014	0,0004	0,0003	0,0021

Средняя частота отказов за отрезок времени t может быть определена по выражению.

                                                                                        (17)

где    N - число установленных деталей- число отказавших деталей

.

Интенсивность отказов

Интенсивность отказов равна отношению частоты отказов a(t) к вероятности безотказной работы за время t

                                                                                      (18)

Функцию называют также опасностью отказа. Она имеет следующий вероятностный смысл: это есть вероятность отказа в момент времени t, вычисленная с предположением, что элемент работал без отказа до этого момента времени.

Для 1 участка:  для других участков расчет произведем аналогично, данные заносим в табл. 3

Таблица 2.3 - Интенсивность отказов.

Участки	T1	t2	t3	t4	t5	t6
P(t)	1	0,895	0,687	0,625	0,583	0,0625
a(t)	0	0,0007	0,0014	0,0004	0,0003	0,0021
0	0,0008	0,002	0,0006	0,0005	0,0333

Рисунок 6 - график функции надежности МОП

2.3 Сбор данных и статистическая обработка износа малой шестерни тягового редуктора

Данные выбирались из журналов ремонта для серии локомотивов ВЛ-80т и журнала выкатки КМБ.

Составим интервальный ряд распределения

Таблица 2.4 - Интервальный ряд распределения отказов

	t1	t2	t3	t4	t5	T6
Пробег, тыс км.	0-300	300-600	600-900	900-1200	1200-1500	1500-1800
Число отказов	0	1	3	5	8	25

Проверим достаточность размера выборки.

Размер выборки объективно регламентируется средним значением и рассеиванием среднего параметра. Чем больше разброс исследуемого параметра, тем больше должен быть размер выборки для получения достоверного результата.

мм.

Определим рассеяние исследуемого параметра, как основное среднеквадратичное отклонение.

На основании среднеквадратического откланения и среднего значения можно определить меру изменчивости исследуемого параметра J .

.

Если допустить в оценке размера возможную ошибку x = 5, то тогда по монограмме рисунок 1.1 можно проверить достаточность объема выборки n. Для этого сначала определим отношение

По монограмме определяем Nmin- размер выборки.

По выражению n ≥ Nmin определяем достаточность объема выборки:

Неравенство выполняется, следовательно объем выборки достаточен.

 

.4 Расчет параметров надежностии надежности малой шестерни тягового редуктора

Определим вероятность безотказной работы для каждого интервала пробега по формуле:

;

Для остальных значений расчет произведем аналогичный данные занесем в табл.2.2

Таблица 2.5 - Вероятность безотказной работы

	t1	t2	t3	t4	t5	T6
Пробег, тыс км.	0-300	300-600	600-900	900-1200	1200-1500	1500-1800
Число отказов	0	1	3	5	8	25
Р, вероятность безотказной работы	1	0,97	0,93	0,89	0,83	0,47

Проверка соответствия эмпирического распределения теоретическому

В результате первоначальной обработки данных мы предположили, что случайная величина распределена по нормальному закону, об этом свидетельствует внешний контур гистограммы. Проверим согласованность эмпирического распределения с теоретическим, с помощью критерия согласия

По уровню значимости равным 0,005 и числу степеней свободы равным 2 определяем :

=7,8.

Рассчитаем теперь экспериментальное значение . Теоретические вероятности вычислим, исходя из предположения, функция распределена по нормальному закону:

По результатам расчетов экспериментальное значение критерия согласия =7,635, в то время как =7,8.

В соответствии с неравенством > ,

можно сделать вывод о том, что опытные данные соответствуют принятому нормальному закону распределения случайной величины.

Используя справочные данные, определяем значение интеграла Гаусса от функции Лапласа при Ф(3)=0,9968 определяем вероятность параметрических отказов:

Вероятность отказа ничтожно мала. Что еще раз подтверждает правильность выбранной функции и доказывает, что закон распределения является нормальным. Частота отказов.

Для 1 участка времени

Для остальных участков расчет произведем аналогично, данные приведем в табл. 2.6

Таблица 2.6 - Частота отказов

Участки	t1	t2	t3	t4	t5	t6
Интервал в тыс. км.	150	150	150	150	150	150
05103215
0,0000	0,0007	0,0014	0,0004	0,0003	0,0021

Средняя частота отказов за отрезок времени t

.

Интенсивность отказов

Для 1 участка:

для других участков расчет произведем аналогично, данные заносим в табл. 2.7

Таблица 2.7 - Интенсивность отказов

Участки	T1	t2	t3	t4	t5	t6
P(t)	1	0,895	0,687	0,625	0,583	0,0625
a(t)	0	0,0007	0,0014	0,0004	0,0003	0,0021
0	0,0008	0,002	0,0006	0,0005	0,0333

Рисунок 7 - График функции надежности малой шестерни тягового редуктора

Совершенствование системы ремонта тягового подвижного состава.

В процессе эксплуатации тяговый подвижной состав расходует ресурс надежности, заложенный в его конструкции при проектировании и изготовлении. Снижение уровня надежности в конечном итоге приводит к возникновению отказа. В свою очередь, отказ в эксплуатации может стать причиной аварии или крушения, вызвать нарушения графика движения поездов. Следовательно, необходима система мероприятий, позволяющая поддерживать надежность подвижного состава на необходимом уровне.

С точки зрения науки о надежности, тяговый подвижной состав представляет собой восстанавливаемую и ремонтируемую систему. Это означает, что исправность и работоспособность тягового подвижного состава может поддерживаться в процессе эксплуатации, а при ее потере - восстанавливаться - посредством проведения технических обслуживаний и ремонтов. Производство таких работ должно быть организовано и подчинено определенной системе.

В большинстве локомотивных депо действует система планово-предупредительных технических обслуживаний и ремонтов тягового подвижного состава, представляющая собой комплекс организационных и технических мероприятий, определяющих порядок поддержания локомотивов в технически исправном состоянии, в процессе эксплуатации между очередными плановыми обслуживаниями и ремонтами.

Данная система сформировалась еще при существовании паровозной тяги, а при переходе на тепловозную и электровозную тягу, особенно в начальный период, сохранила ряд характерных особенностей. Например, обслуживание поездов на коротких тяговых плечах, сравнительно небольшие межремонтные пробеги. Постепенное увеличение надежности оборудования и совершенствование конструкции локомотивов, внедрение прогрессивной техники и технологий в ремонтное производство создали тенденции к увеличению межремонтных пробегов. Изыскание резервов увеличения межремонтных пробегов локомотивов является главной проблемой совершенствования планово-предупредительной системы ремонта.

Экономические изменения в России внесли свои коррективы в развитие системы ремонта. Вопросы полного использования всех видов ресурсов (материальных, финансовых, трудовых) в современных условиях становятся все более актуальными.

Одним из перспективных направлений совершенствования системы ремонта является внедрение системы ремонта тягового подвижного состава по его фактическому состоянию. При использовании данной системы, ремонт выполняется только тогда, когда без него невозможна дальнейшая работа локомотива. Но внедрение такой системы возможно только при наличии в локомотивном депо развитой системы технического диагностирования локомотивов. Это определяется необходимостью иметь объективные данные о техническом состоянии тягового подвижного состава, в соответствии с которыми принимаются решения о постановке в ремонт.

При отсутствии достаточной диагностической базы, можно использовать различные методы оптимизации существующей системы ремонта. Оптимизация позволяет существенно повысить технико-экономические показатели. Сущность оптимизации состоит в следующем - составляются три группы уравнений:

связи, математически описывающие систему ремонта;

уравнения, содержащие технико-экономические показатели, связывающие первую группу уравнений с критериями оптимальности;

уравнения, выражающие алгоритм управления системой ремонта.

В качестве критериев оптимальности могут использоваться различные технические и экономические показатели системы или некоторые обобщенные параметры, объединяющие все или часть этих показателей. К критериям оптимальности предъявляется ряд требований: у них должна быть возможность количественной оценки результатов вычислений; они должны иметь количественный смысл. При оптимизации параметров системы технического обслуживания и ремонтов локомотивов, возможно использование следующих критериев оптимальности:

минимума суммарных затрат на плановые и неплановые ремонты элементов с учетом потерь, вызванных задержкой поездов;

обеспечения заданной вероятности безотказной работы в период между плановыми ремонтами;

максимума коэффициента технического использования.

Проведя анализ различных методов оптимизации системы ремонта, можно сформулировать основные принципы, которые должны быть положены в основу разработки методов оптимизации системы технического обслуживания и ремонта локомотивов:

системный подход к решению задачи;

оптимизация параметров системы ремонта с учетом конкретных условий эксплуатации, так как они оказывают существенное влияние на изменение надежности локомотивов в процессе эксплуатации;

использование характеристик надежности узлов и деталей локомотива и вероятностно-статистических методов исследований.

локомотивный подшипник скольжение узел

3. Расчет оптимальных межремонтных пробегов

Для трех узлов электровоза ВЛ80.

Любой рассматриваемый узел может иметь несколько контролируемых параметров и по каждому могут быть определены ресурсы до соответствующих ремонтов. Каждый из ресурсов узла задает условный расчетный элемент, включаемый в структуру ремонтного цикла. Например, бандажа колесной пары локомотива учитывается два ресурса: один - для выполнения его обточки, второй - для смены. Следовательно, в структуру ремонта включаются два условных элемента бандажа колесной пары, каждый из которых имеет свой ресурс.

Данные о ресурсах и затратах на восстановление работоспособного состояния рассматриваемых в примере узлов приведены в табл. 3.1.

Таблица 3.1 - Исходные данные для расчета

Наименование Узла           Количество узлов на электровозе              Номер и наименование ремонтной операции         90 %-ный ресурс,

тыс. кмЗатраты на восстановление работоспособности
				одного узла, Су	всех одноименных узлов, С = m Су
1	2	3	4	5	6
Бандаж колесной пары	16	1. Обточка	74	5,10	81,60
Вкладыш моторно-осевого подшипника	16	2. Смена	230	218,75	3.500,00
Бандаж колесной пары	16	3. Смена	490	155,00	2.480,00
Малая шестерня	16	4.Смена	725	12,00	96,00

Расчет условной оптимальной стратегии ремонта

Произведем расчет оптимальных межремонтных пробегов при фиксированном базовом пробеге L1 = 55 тыс. км. Из всех узлов наибольший гамма-ресурс имеет коллектор тягового электродвигателя, составляющий = 725 тыс. км. Следовательно, все вычисления начинаются с данного узла.

Первоначально, соблюдая принцип кратности, вычислим возможные межремонтные пробеги до обточки коллектора тягового двигателя L4 и по формуле (2.1) определим соответствующие им удельные затраты q4 на выполнение 4-й ремонтной операции. Результаты расчета представлены в табл. 3.2.

Таблица 3.2. - Межремонтные пробеги и удельные затраты на восстановление работоспособности малой шестерни

L4, тыс. км	55	110	165	220	275	330	385
q4, руб./тыс. км	1,75	0,83	0,58	0,43	0,35	0,29	0,25
L4, тыс. км	440	495	550	605	660	715	-
q4, руб./тыс. км	0,22	0,19	0,17	0,16	0,15	0,13	-

Дальнейшее увеличение межремонтного пробега смены шестерни 715 тыс. км невозможно, так как это приведет к нарушению ограничения по надежности.

Рассмотрим возможные стратегии ремонта для 3-го и 4-го узлов (смена бандажей колесных пар и обточка коллектора тягового электродвигателя) и соответствующие им суммарные затраты на ремонт.

Учитывая принцип кратности, возможны следующие стратегии:

а) L3 = 55 тыс. км;= 55 тыс. км; 3 = 2.480,00/55 + 1,75 =48,8руб./тыс. км;= 110 тыс. км; 3 = 2.480,00/55 + 0,87 = 45,96руб./тыс. км;= 165 тыс. км; 3 = 2.480,00/55 + 0,58 = 45,67руб./тыс. км;= 220 тыс. км; 3 = 2.480,00/55 + 0,44 = 45,53руб./тыс. км;= 275 тыс. км; 3 = 2.480,00/55 + 0,35 = 45,44руб./тыс. км;= 330 тыс. км; 3 = 2.480,00/55 + 0,29 = 45,38руб./тыс. км;= 385 тыс. км; 3 = 2.480,00/55 + 0,25 = 45,34руб./тыс. км;= 440 тыс. км; 3 = 2.480,00/55 + 0,22 = 45,31руб./тыс. км;= 495 тыс. км; 3 = 2.480,00/55 + 0,19 = 45,28руб./тыс. км;= 550 тыс. км; 3 = 2.480,00/55 + 0,17 = 45,26руб./тыс. км;= 605 тыс. км; 3 = 2.480,00/55 + 0,16 = 45,25руб./тыс. км;= 660 тыс. км; 3 = 2.480,00/55 + 0,15 = 45,24руб./тыс. км;= 715 тыс. км; 3 = 2.480,00/55 + 0,13 = 45,22руб./тыс. км.

Условной оптимальной стратегией 4-го узла в случае L3 = 55 тыс. км является стратегия, при которой L4 = 715 тыс. км, так как минимальные удельные затраты на ремонт двух узлов составляют 45,23руб./тыс. км. То есть

= 45,23руб./тыс. км, при L3 = 55 тыс. км и L4 = 715 тыс. км;

б) L3 = 110 тыс. км;= 110 тыс. км; 3 = 2.480,00/110 + 0,87 = 24,28руб./тыс. км;= 220 тыс. км; 3 = 2.480,00/110 + 0,44 = 22,98руб./тыс. км;= 330 тыс. км; 3 = 2.480,00/110 + 0,29 = 22,83руб./тыс. км;= 440 тыс. км; 3 = 2.480,00/110 + 0,22 = 22,76руб./тыс. км;= 550 тыс. км; 3 = 2.480,00/110 + 0,17 = 22,71руб./тыс. км;= 660 тыс. км; 3 = 2.480,00/110 + 0,15 = 22,69руб./тыс. км;

= руб./тыс. км, при L3 = 110 тыс. км и L4 = 660 тыс. км;

в) L3 = 165 тыс. км;= 165 тыс. км; 3 = 2.480,00/165 + 0,58 = 15,61руб./тыс. км;= 330 тыс. км; 3 = 2.480,00/165 + 0,29 =15,32руб./тыс. км;= 495 тыс. км; 3 = 2.480,00/165 + 0,19 = 15,22руб./тыс. км;= 660 тыс. км; 3 = 2.480,00/165 + 0,15 = 15,18руб./тыс. км;

= 15,18 руб./тыс. км, при L3 = 165 тыс. км и L4 = 660 тыс. км;

г) L3 = 220 тыс. км;= 220 тыс. км; 3 = 2.480,00/220 + 0,44 = 11,71руб./тыс. км;= 440 тыс. км; 3 = 2.480,00/220 + 0,22 = 11,49руб./тыс. км;= 660 тыс. км; 3 = 2.480,00/220 + 0,15 = 11,42руб./тыс. км;

= 11,42 руб./тыс. км, при L3 = 220 тыс. км и L4 = 660 тыс. км;

д) L3 = 275 тыс. км;= 275 тыс. км; 3 = 2.480,00/275 + 0,35 = 9,36руб./тыс. км;= 550 тыс. км; 3 = 2.480,00/275 + 0,1 = 9,19руб./тыс. км;

= 9,19 руб./тыс. км, при L3 = 275 тыс. км и L4 = 550 тыс. км;

е) L3 = 330 тыс. км;= 330 тыс. км; 3 = 2.480,00/330 + 0,29 = 7,80руб./тыс. км;= 660 тыс. км;  3 = 2.480,00/330 + 0,15 = 7,66руб./тыс. км;

= 7,66 руб./тыс. км, при L3 = 330 тыс. км и L4 = 660 тыс. км;

ж) L3 = 385 тыс. км;= 385 тыс. км; 3 = 2.480,00/385 + 0,25 = руб./тыс. км;

= 6,69 руб./тыс. км, при L3 = 385 тыс. км и L4 = 385 тыс. км;

з) L3 = 440 тыс. км;= 440 тыс. км; 3 = 2.480,00/440 + 0,22 = 5,85руб./тыс. км;

= 5,85 руб./тыс. км, при L3 = 440 тыс. км и L4 = 440 тыс. км.

Дальнейшее увеличение межремонтного пробега 3-го узла ограничено соответствующим ресурсом = 490 тыс. км.

Следующим шагом расчета оптимальной структуры ремонта является рассмотрение возможных стратегий ремонта 2-го, 3-го и 4-го узлов и соответствующие им суммарные затраты на ремонт.

а) L2 = 55 тыс. км;= 55 тыс. км; 2 = 3.500,00/55 + 45,23 = 108,87 руб./тыс. км;= 110 тыс. км; 2 = 3.500,00/55 + 22,69 = 86,33 руб./тыс. км;= 165 тыс. км; 2 = 3.500,00/55 + 15,18 = 78,82 руб./тыс. км;= 220 тыс. км; 2 = 3.500,00/55 + 11,42 = 75,06 руб./тыс. км;= 275 тыс. км; 2 = 3.500,00/55 + 9,19 = 72,83 руб./тыс. км;= 330 тыс. км; 2 = 3.500,00/55 + 7,66 = 71,3 руб./тыс. км;= 385 тыс. км; 2 = 3.500,00/55 + 6,69 = 70,33 руб./тыс. км;= 440 тыс. км; 2 = 3.500,00/55 + 5,85 = 69,49 руб./тыс. км;

= 69,49 руб./тыс. км, при L2 = 55, L3 = 440 и L4 = 440 тыс. км;

б) L2 = 110 тыс. км;= 110 тыс. км; 2 = 3.500,00/110 + 22,69 = 54,51 руб./тыс. км;= 220 тыс. км; 2 = 3.500,00/110 + 11,42 = 43,24 руб./тыс. км;= 330 тыс. км; 2 = 3.500,00/110 + 7,66 = 39,48 руб./тыс. км;= 440 тыс. км; 2 = 3.500,00/110 + 5,85 = 37,67 руб./тыс. км;

= 37,67 руб./тыс. км, при L2 = 110, L3 = 440 и L4 = 440 тыс. км;

в) L2 = 165 тыс. км;= 165 тыс. км; 2 = 3.500,00/165 + 15,18 = 36,39 руб./тыс. км;= 330 тыс. км; 2 = 3.500,00/165 + 7,66 = 28,87 руб./тыс. км;

= 28,87 руб./тыс. км, при L2 = 165, L3 = 330 и L4 = 660 тыс. км;

г) L2 = 220 тыс. км;= 220 тыс. км; 2 = 3.500,00/220 + 11,42 = 27,33 руб./тыс. км;= 440 тыс. км; 2 = 3.500,00/220 + 5,85 = 21,76 руб./тыс. км;

= 21,76 руб./тыс. км, при L2 = 220, L3 = 440 и L4 = 440 тыс. км.

Дальнейшее увеличение межремонтного пробега 2-го узла ограничено соответствующим ресурсом = 230 тыс. км.

Последним шагом расчета оптимальной структуры ремонта является рассмотрение возможных стратегий ремонта 1-го, 2-го, 3-го и 4-го узлов и соответствующие им суммарные затраты на ремонт.

а) L1 = 55 тыс. км;= 55 тыс. км; 1 = 81,60/55 + 69,49 = 70,97 руб./тыс. км;= 110 тыс. км; 1 = 81,60/55 + 37,67 = 39,15 руб./тыс. км;= 165 тыс. км; 1 = 81,60/55 + 28,87 = 30,35 руб./тыс. км;= 220 тыс. км; 1 = 81,60/55 + 21,76 = 23,24 руб./тыс. км.

В результате расчета получено, что условной оптимальной стратегией ремонта рассматриваемых узлов является та, при которой минимальные удельные затраты на их ремонт составили 23,24 руб./тыс. км. То есть это стратегия при которой межремонтные пробеги составили: L1 = 55 тыс. км, L2 = 220 тыс. км, L3 = 440 тыс. км, L4 = 440 тыс. км.

Коэффициенты кратности межремонтных пробегов для рассчитанной стратегии ремонта, согласно выражению (2.4), определятся:= 220 тыс. км/55 тыс. км = 4;= 440 тыс. км/220 тыс. км = 2;= 440 тыс. км/440 тыс. км = 1.

Построение диаграммы возможных стратегий

По результатам расчета построим диаграмму возможных стратегий

Рисунок 8. Диаграмма возможных стратегий ремонта при L1 = 55 тыс. км ремонта при фиксированном пробеге базового узла

Построение диаграммы производится в следующей последовательности:

по оси ординат откладывается пробег L, тыс. км (ограничивается наибольшим гамма-процентным ресурсом);

по оси абсцисс в произвольном масштабе откладываются ремонтные операции;

для каждой ремонтной операции откладываются ее гамма-процентный ресурс , являющийся ограничением межремонтного пробега для данной операции;

для каждой ремонтной операции откладываются условно оптимальные удельные затраты при различных стратегиях ремонта. Например, для ремонтной операции 4-го узла удельные затраты рассчитаны в табл. 3.2., а в случае совместного рассмотрения ремонтных операций 3-го и 4-го узлов - это удельные затраты при условной оптимальной стратегией 4-го узла в случае фиксированных значений L3;

Линиями обозначаются условные оптимальные стратегии ремонта. Например, условный оптимальный стратегией ремонта 4-го узла в случае L3 = 55 тыс. км, является стратегия, при которой L4 = 715 тыс. км (линия 45,23 - 0,13);

Условная оптимальная стратегия всех рассматриваемых узлов выделяется на диаграмме цветом или толщиной линии.

Построение структуры ремонтного цикла

Согласно рассчитанной структуре ремонтного цикла, через каждые 55 тыс. км необходимо осуществлять обточку бандажа колесной пары. Смену вкладышей моторно-осевых подшипников нужно выполнять через каждые 220 тыс. км пробега. Через 440 тыс. км пробега целесообразно выполнять смену бандажа колесной пары и смену шестерни. Представим структуру ремонтного цикла графически

Рисунок 9. Рассчитанная структура ремонтного цикла

Анализируя полученную структуру ремонтного цикла можно сделать следующее заключение: для поддержания в работоспособном состоянии узлов, включенных в расчет, следует проводить определенным образом чередующиеся между собой ремонты трех видов (объемов). В ремонт первого вида входит только обточка бандажей колесных пар (выполняется через каждые 55 тыс. км пробега). Ремонт второго вида выполняется через каждые 220 тыс. км пробега и включает в себя ремонтную операцию ремонта первого вида и ремонтную операцию, которую необходимо выполнять при наступлении данного пробега, то есть смену вкладышей моторно-осевых подшипников. Аналогично предыдущему, ремонт третьего вида включает в себя ремонтные операции ремонтов первого и второго вида и содержит дополнительно следующие ремонтные операции: смену бандажей колесных пар и смену шестерни .

Сохраняя неизменной полученную структуру ремонтного цикла и увеличивая межремонтный пробег базового узла, получим межремонтные пробеги остальных узлов. При L1 = 56 тыс. км, получим L2 = 224 тыс. км, L3 = 448 тыс. км, L4 = 448 тыс. км, а при L1 = 57 тыс. км - L2 = 228 тыс. км, L3 = 456 тыс. км, L4 = 456 тыс. км. Если при дальнейшем увеличении L1 сохранить неизменной структуру ремонтного цикла, межремонтный пробег второго узла составит L2 = 232 тыс. км, что превышает гамма-процентный ресурс. Следовательно, при L1 = 58 тыс. км изменится схема чередования ремонтов

4. Расчет косозубой передачи

 

.1 Расчет на контактные напряжения сдвига косозубой передачи

Исходные данные

Давление колесной пары на рельс                               Q=23500 кг.

Часовая скорость                                                          v=13,3 м/с.

Часовая сила тяги                                                         Fч=5637 кг.

Коэффициент сцепления колес с рельсами      = 0,36

Диаметр колеса по кругу катания Dk=1250 мм

Передаточное число    i=4,191

Диаметр начальных окружностей шестерни и

зубчатого колеса         dш=210,559=997,438

Ширина зубчатых колес       В=110 мм

Угол зацепления зубчатой передачи      as=29°12¢13²

Угол наклона зубьев   d=24°37¢12²

Угол зацепления в нормальном сечении         an=20°

Действительное межцентровое расстояние      А0=604 мм

Модули упругости материалов шестерни

и зубчатого колеса                                            Еш=Ек=2,1*104кг/мм3

Степень перекрытия    s=2,292

Число зубчатых колес на оси        к=2

Коэффициент неравномерности    кн.р.к=1,55

Расчет производим на часовой и пусковой режимы

Часовой режим

Определим коэффициент качества.

                                             (19)

Окружное усилие

                                               (20)_

Величина П определяется по формуле А.И. Петрусевича, видоизмененной применительно к тяговым зубчатым передачам.

                                          (21)

где u - коэффициент, характеризующий качество изготовления,

Напряжение сдвига

    (22)

кг/мм2

Для пускового режима, принимаем v=0, кдк=1

Находим пусковую силу тяги по формуле

,                                                                                         (23)

Напряжение сдвига

 

.2 Расчет зубьев на изгиб ведущей шестерни

Исходные данные

Угол зацепления исходного контура в нормальном сечении ад=20°

Диаметр окружности выступов                                    Deш=240мм.

Диаметр окружности впадин                                       Diш=205,82мм.

Диаметр делительной окружности                              dдш=218,8мм.

Радиус выкружки у основания зубьев                         r=5мм.

Толщина зуба по окружности выступов                     Se=4.73мм.

Угол давления на окружности выступов

(в торцевом сечении)                                                    аes=37°16¢

Угол трения                                                                  j=-8°

Толщина зуба по дуге делительной окружности        Sдш=21,594мм.

Угол зацепления передачи в торцевом сечении          as=29°12¢13²

Модуль в нормальном сечении                                   mn=10мм.

Высота переходной галатели рабочего контура        с=2,95

Диаметр давления на окружности опасного сечения зубьев

                                                                                      (24)

Угол давления на окружности опасного сечения зубьев

                                                                         (25)

Толщина зуба по дуге окружности опасного сечения

                                                               (26)

Толщина зуба в опасном сечении по хорде

                                                                            (27)

Высота зуба до хорды окружности опасного сечения

                                                                      (27)

.

Угол горизонтальной составляющей

Расчетную высоту зуба находим из формулы

                         (28)

Величину g найдем по выражению

                                                                                              (29)

В зависимости от g определим величину lmin

lmin=0,94

Определим коэффициент формы зуба

    (30)

Напряжение изгиба

Часовой Режим

                                                                                    (31)

Принимаем кнри=1,8, кп=1,4

Напряжение изгиба ведущей шестерни

                                                   (32)

.

При пусковом режиме

=0ди=1

5. Диагностика подшипников скольжения

Дефекты, возникающие при изготовлении, монтаже и эксплуатации подшипника скольжения в составе роторной машины, могут оказывать влияние практически на все составляющие вибрации, имеющие разную природу возбуждения.

В первую очередь эти дефекты влияют на свойства сил трения в подшипнике и возбуждаемую ими высокочастотную случайную вибрацию подшипникового узла. Наиболее эффективным методом исследования свойств этой вибрации является спектральный анализ ее огибающей.

При появлении значительных изменений формы поверхностей трения подшипника в результате отклонений от проектной технологии его изготовления и монтажа или вследствие износа этих поверхностей возрастает низкочастотная вибрация ротора и всей машины в целом. Наиболее эффективным методом исследования свойств этой вибрации является ее-спектральный анализ.

Наконец, при дефектах, сопровождающихся полным или частичным разрывом масляного слоя, поверхности трения подшипников испытывают ударное взаимодействие, которое возбуждает вибрацию в широком диапазоне частот. Анализировать свойства вибрации от ударных импульсов можно многими методами, но максимальные результаты дает спектральный анализ огибающей этой вибрации.

Для диагностики подшипников скольжения в программах АО ВАСТ используются методы узкополосного спектрального анализа вибрации и ее огибающей. Первый обеспечивает диагностику по низкочастотной вибрации, второй - по высокочастотной, возбуждаемой силами трения и ударными импульсами.

Особенностью высокочастотной вибрации, возбуждаемой силами тренья или ударными импульсами, является быстрое затухание при распространении от одного узла машины к другому. Поэтому диагностика подшипников по высокочастотной вибрации дает возможность выделить дефектный подшипник из группы установленных в одной машине. В то же время по низкочастотной вибрации можно обнаружить дефекты тех узлов, до которых сложно добраться при проведении вибрационных измерений. Поэтому в список дефектов, обнаруживаемых при диагностике подшипника по низкочастотной вибрации, включаются и те, которые не относятся собственно к подшипнику.

Для диагностики подшипников спектры вибрации и её огибающей, измеряются на корпусе подшипникового узла. При анализе вибрации и её огибающей решаются две задачи, а именно, обнаружение и идентификация происходящих в подшипниках изменений, т.е. определение причин появления в спектрах новых составляющих или роста существующих. Такими причинами могут быть либо дефекты подшипника, либо действующие на него переменные нагрузки. Наличие особых режимов работы подшипника в машинах с механическими передачами, например, зубчатыми, ременными, червячными и т.п., приводит к тому, что для них правила диагностики сильно меняются. Поэтому в программах организованы специальные алгоритмы диагностики подшипников различных механических передач, в том числе редукторов.

Поскольку на вибрацию подшипникового узла влияют как дефекты, так и условия работы подшипника, при автоматической диагностике необходимо решать две задачи, а именно, определять особенности работы подшипника, а затем, учтя эти особенности, определять вид и глубину тех дефектов, которые имеются в подшипнике. Поэтому особенности (режимы) работы подшипника в программе определяются в терминах дефектов. Для примера программа автоматически определяет такие особенности работы подшипникового узла, как обкатывание шейкой вала вкладышей подшипника, автоколебания ротора в подшипниках, удары в подшипниках, сопровождающие локальные пульсации давления в смазке или разрывы масляной пленки. Эти особенности не всегда определяются дефектами в подшипниках, а могут быть следствием дефектов ротора, в частности, его неуравновешенности, и дефектов соединительных муфт. Но все они влияют на ресурс подшипника и поэтому в программе рассматриваются как дефекты, которые необходимо обнаруживать при диагностике подшипников.

Из дефектов собственно подшипника, оказывающих реальное влияние на параметры вибрации, можно выделить следующие:

перекосы вкладышей подшипника (уменьшение зазора на отдельных участках вкладышей);

износ вкладышей (увеличение зазора) ;

выкрашивание, трещины на поверностях трения;

ухудшение условий смазки.

Из режимов работы ротора в подшипниках скольжения, определяющих вибрацию последних, следует выделить:

нормальный режим с неподвижным масляным клином в подшипнике;

обкатывание шейкой вала вкладышей подшипников с частотой вращения вала;

автоколебания ротора в подшипниках;

сухой контакт поверхностей трения (удары о поверхности трения);

Наконец, к дефектам других узлов машины, непосредственно влияющим на работу подшипника и его вибрацию, можно отнести:

неуравновешенность ротора;

дефекты соединительных муфт;

ослабление креплений подшипниковых узлов к машине или машины к фундаментным конструкциям;

дефекты соединенных с валом узлов, в том числе шестерен и т.п., создающие ударные нагрузки на подшипник.

В результате указанные дефекты собственно подшипника, режимы его работы и дефекты других узлов, заметно снижающие ресурс подшипника скольжения, объединяются в группы. Эти группы по особенностям формирования вибрации различаются достаточно сильно, что позволяет идентифицировать их вид по параметрам узкополосных спектров вибрации и (или) ее огибающей. Всего таких групп восемь, а именно:

Неуравновешенность ротора;

Бой вала (муфты);

Дефекты узлов крепления подшипника;

Автоколебания вала;

Перекос подшипника;

Износ подшипника;

Удары в подшипнике;

Дефекты смазки;

Ниже приводится информация о том, на какие параметры вибрации наиболее сильно влияют перечисленные группы дефектов.

Неуравновешенность ротора увеличивает вибрацию машины на частоте вращения, и именно этот рост является диагностическим признаком рассматриваемого дефекта. Как правило, при неуравновешенном роторе вибрация машины растет только на частоте его вращения. Если же центробежные силы, действующие на ротор, превышают по величине силы его тяжести, происходит обкатывание шейкой вала вкладышей подшипника. В последнем случае при неровной поверхности вкладышей растет вибрация на гармониках частоты вращения, и появляется модуляция сил трения частотой вращения ротора, т.е. в спектре огибающей вибрации появляются линии на гармониках частоты вращения ротора.

Бой вала (муфты) приводит к тем же результатам, что и сильная неуравновешенность ротора, т.е. к обкатыванию шейкой вала вкладышей подшипника. При этом также могут расти составляющие вибрации машины на гармониках частоты вращения, а в спектре огибающей могут появиться линии тех же частот. Поскольку практически сложно отличить бой вала от боя муфты, последний лучше всего отнести к группе дефектов, имеющей название "Бой вала".

Дефекты узлов крепления подшипника влияют прежде всего на вибрацию с частотой вращения ротора, возбуждаемую силами неуравновешенности. Это влияние приводит к скачкообразному изменению величины колебательного смещения при определенных углах поворота ротора. Естественно, что такое изменение приводит к росту вибрации на ряде гармоник частоты вращения, но идентифицировать вид дефекта по такому росту, как правило, не удается Лучше всего сравнивать уровни вибрации подшипникового узла на частоте вращения в двух направлениях, перпендикулярных оси вращения. Если ониотличаются более, чем в 3 раза, это является признаком либо ослабления узлов крепления подшипникового узла к машине или узлов крепления машины к фундаментным конструкциям, либо ослабления самих фундаментных конструкций.

Есть еще дополнительные признаки появления такого дефекта, заключающиеся в росте уровня вибрации на очень низких частотах, меньше половины частоты вращения ротора. Возбуждается эта вибрация случайными флуктуациями толщины смазочного слоя в подшипнике и становится заметной лишь в том случае, когда жесткость подшипниковой опоры на низких частотах в каком-то одном направлении близка к нулю. Именно этот признак используется в программе, но при окончательной постановке диагноза лучше всего проверять наличие рассматриваемого вида дефекта по обоим изложенным признакам.

Автоколебания вала в подшипниках приводят прежде всего к росту вибрации машины на гармониках частоты этих колебаний. Поскольку автоколебания представляют собой перемещения оси вала в плоскости, перпендикулярной оси вращения, из-за сил трения, они являются следствием либо увеличения зазора, либо неправильной подачи смазки. Перемещение происходит достаточно медленно и приводит к отклонению вала от положения равновесия, поэтому, когда это положение становится неустойчивым, малейшее возмущение быстро возвращает вал в устойчивое положение. Как правило, этим возмущением являются центробежные силы, которые возвращают вал в исходное положение один раз за два или три оборота вала. Таким образом автоколебания вала вызывают вибрацию машины на ряде частот, первая из которых в два или три раза ниже частоты вращения вала. Аналогичным образом и с той же частотой изменяются силы трения, а следовательно, появляется модуляция высокочастотной вибрации подшипника. Поскольку вибрацию машины на субгармониках частоты вращения измерять достаточно сложно из-за помех, создаваемых другими машинами, гораздо проще обнаруживать автоколебания вала по спектру огибающей вибрации, в котором кроме гармоник частоты вращения появятся и гармоники частоты автоколебаний вала.

Перекос подшипника приводит, как правило, к росту вибрации на частотах, кратных второй гармонике частоты вращения, и к модуляции сил трения и высокочастотной вибрации подшипникового узла теми же частотами. Одинаковое влияние на вибрацию подшипниковых узлов и машины в целом оказывают как перекос собственно подшипника, так и изгиб вала в зоне подшипника. Причиной последнего может быть и деформация вала, и трещина в нем. Поскольку на крупных машинах, вращающихся с частотами, близкими к критическим, возможно резкое увеличение вибрации на двойной частоте вращения ротора из-за резонанса последнего, надежность обнаружения рассматриваемого дефекта по спектру огибающей высокочастотной вибрации, как правило, оказывается выше.

Износ подшипника под которым понимается, в первую очередь, износ вкладышей, сопровождающийся ростом величины и изменением формы зазора, а так же выкрашиванием поверхности отдельных участков вкладышей. Износ приводит к изменению целого ряда параметров вибрации, причем эти изменения непосредственно зависят от режима работы ротора и имеющихся дефектов собственно ротора или соединительной муфты.

Основной причиной изменения вибрации из-за износа подшипника являются флуктуации толщины масляного слоя и перемещение в пространстве тех точек, в которых сила трения максимальна. Возможными следствиями подобных флуктуации являются:

обкатывание шейкой вала вкладышей подшипника;

флуктуации, в том числе случайные, сил трения в подшипнике;

рост сил трения в подшипнике.

Автоколебания ротора в подшипниках вынесены в отдельный вид дефектов, так как они могут возникать не только из-за увеличения зазора вследствии износа, но и из-за других причин, в том числе из-за изменений условий подачи смазки.

При обкатывании шейкой вала вкладышей подшипника, имеющих неоднородный износ, растет вибрация подшипникового узла и машины в целом на частотах, кратных частоте вращения ротора, из-за неровной поверхности трения. По той же причине и с теми же частотами изменяются силы трения, появляется их амплитудная модуляция, а в спектре огибающей вибрации возникает ряд гармоник частоты вращения, амплитуды которых падают с увеличением кратности. Обычно в спектре видны гармоники приблизительно с кратностью до 7-10.

Сильный неоднородный износ вкладышей приводит к нестабильности толщины и местоположения масляного клина, которые изменяются достаточно медленно и случайным образом. Колебания вала на таком масляном слое приводят к вибрации подшипника на низких частотах только в том случае, когда имеют место дефекты крепления подшипникового узла. В то же время флуктуации смазочного слоя приводят к аналогичным флуктуациям сил трения и случайной модуляции высокочастотной вибрации подшипника. Частоты этой модуляции оказываются небольшими, меньше частоты вращения ротора, и поэтому такая модуляция обнаруживается по спектру огибающей высокочастотной вибрации.

Как правило, все дефекты, связанные с износом поверхностей трения, приводят к увеличению сил трения. Очевидно, что с ростом сил трения растет и высокочастотная вибрация корпуса подшипникового узла, возбуждаемая этими силами.

Износ подшипника скольжения лучше всего обнаруживать по всем указанным признакам (кроме автоколебаний), так как хотя бы один из видов его влияния на вибрацию всегда имеет место.

Удары в подшипнике скольжения, обычно обнаруживаемые по огибающей высокочастотной вибрации, делятся на две группы - гидродинамические и механические (сухие). Первый вид ударов представляет собой кратковременное появление участков в смазоином слое, характеризующихся повышенной турбулентностью потока смазки. Причиной обычно является локальное уменьшение толщины смазочного слоя на отдельном участке из-за колебаний вала относительно вкладышей и, соответственно, увеличение скорости движения смазки, сопровождающееся скачкообразным ростом турбулентности. Второй и более опасный вид ударов связан с разрывом масляной плёнки и появлением кратковременного "сухого" контакта поверхностей трения.

В первом случае наблюдается кратковременное скачкообразное изменение высокочастотной вибрации подшипника, не приводящее, как правило, к значительному росту уровня высокочастотной вибрации, во втором случае рост высокочастотной вибрации оказывается достаточно сильным. Причиной гидродинамических ударов, как правило, является бой вала.

Дефекты смазки приводят к росту высокочастотной вибрации подшипника. Кроме того они могут приводить к разрыву масляного слоя и ударам, но, как правило, эти удары не являются периодическими, и в спектре огибающей вибрации отсутствуют гармонические составляющие, если в подшипнике нет других дефектов, кроме дефектов смазки.

Как следует из проведённого анализа влияния дефектов на вибрацию подшипника скольжения, не существует .однозначной связи вида дефекта со спектральным составом её огибающей, т.е. возможны ошибки при идентификации вида дефекта. Эти ошибки еще больше увеличиваются, если в машине есть узлы, вызывающие обкатывание валом вкладышей подшипника или ударные нагрузки на подшипник. Типичным примером для первого случая является наличие в машине соединительной муфты, установленной с перекосом или сдвигом осей соединяемых валов. Типичным примером для второго случая являются механические, в том числе зубчатые, передачи.

Исходя из сказанного, для обнаружения и идентификации дефектов подшипника скольжения роторных машин следует использовать результаты измерения как спектров огибающей высокочастотной вибрации, так и спектров вибрации подшипникового узла на низких и средних частотах. Поскольку в спектры низкочастотной вибрации любой точки машины входят составляющие, возбуждаемые многими, в том числе бездефектными, узлами машины, их использование в диагностических задачах даёт хорошие результаты, как правило, лишь после предварительной адаптации алгоритмов диагностики. Такая адаптация может выполняться автоматически, но требует по крайней мере трёх - четырёх последовательных измерений вибрации в течении одного - двух месяцев в контрольных точках на корпусе диагностируемого узла.

Рассмотренные дефекты включены в список обнаруживаемых по алгоритмам, заложенным в программу. В то же время ряд не рассматриваемых здесь дефектов различных узлов роторных машин может оказывать влияние как на спектры вибрации, измеряемой в контрольных точках на корпусе подшипника, так и на спектры огибающей ее высокочастотных составляющих. Для диагностики тех узлов роторных машин, дефекты которых влияют на спектры огибающей вибрации их подшипников, предусмотрены специальные режимы работы программы, рассматриваемые в последующих разделах по диагностике механических передач, зубчатых зацеплений, редукторов и т.п. Ряд дефектов других узлов, которые оказывают влияние на низкочастотную вибрацию подшипников, не идентифицируется при диагностике подшипников, и их идентификация проводится по результатам измерения вибрации в других контрольных точках. Поэтому в список групп дефектов подшипников скольжения введена дополнительная группа неидентифицированных изменений вибрации.

Выбор точек контроля вибрации и диагностических признаков.

Диагностика подшипников скольжения производится по вибрации, измеряемой на корпусе подшипникового узла. Обязательным условием измерений являются:

наличие непосредственного контакта вкладышей подшипника (наиболее нагруженного из вкладышей) с той частью корпуса подшипникового узла, на которую крепится датчик вибрации;

выбор такой точки крепления в которой обеспечивается повторяемость результатов измерения спектров вибрации при повторной установке датчика;

выбор направления измерения, по возможности, перпендикулярного оси вращения вала и проходящего через эту ось, см.рис.8.

Рисунок.8 - Выбор направления проведения измерений

Первое условие необходимо для того, чтобы обеспечить измерение высокочастотной вибрации, возбуждаемой силами трения шейки вала о вкладыши, причём её уровень должен укладываться в динамический диапазон средств измерения. Если вкладыш не имеет прямого контакта с корпусом подшипника, необходимо экспериментально подобрать точки контроля вибрации на корпусе так, чтобы уровень высокочастотной вибрации, распространяющейся на корпус, например, через узлы крепления вкладышей или масляную ванну, был достаточным для измерения спектра огибающей вибрации.

Датчик вибрации, в качестве которого обычно используется акселерометр, устанавливается в точку контроля на время измерений или постоянно. Способ крепления акселерометра выбирается таким, чтобы частотный диапазон измеряемой вибрации включал частоты от £2 Гц до £ 20кГц. Для этого акселерометр может устанавливаться на шпильке, на клею, на мастике или на специальном магните. предварительно смазанном консистентной смазкой. Место установки акселерометра должно быть подготовлено, т.е. очищено от краски или других покрытий, а также выровнено до такой степени, чтобы контакт акселерометра с поверхностью корпуса подшипникового узла происходил в плоскости площадью не менее 0,5 см2.

Еще одной рекомендацией по выбору точки контроля вибрации на подшипниковом узле является отсутствие высокодобротных резонансов тех элементов корпуса или вкладыша, на которые устанавливается акселерометр. Обнаружить эти резонансы можно при сравнении спектров вибрации, измеренных в разных точках корпуса подшипника. Удовлетворительной может считаться точка, в которой на частотах до £ 5000 Гц отсутствуют области частот, в которых уровень вибрации выше, более чем на 20 дБ, уровней на тех же частотах, но в других точках.

Если конструкцией подшипникового узла предусмотрена установка двух или более подшипников скольжения, например, опорного и упорного, число контрольных точек может быть выбрано равным числу подшипников. Увеличивать число контрольных точек рекомендуется в том случае, если вкладыши разных подшипников установлены не вплотную и имеют разные посадочные размеры. В противном случае измеряемая на каждом из подшипников высокочастотная вибрация будет иметь идентичные свойства и ее можно измерять в одной контрольной точке. Низкочастотная вибрация подшипникового узла практически во всех точках контроля имеет одинаковую диагностическую информацию при любом количестве установленных подшипников.

Таким образом, используя изложенную в данном разделе информацию, оператор самостоятельно выбирает как число точек, так и место установки акселерометров. Выбор диагностических параметров осуществлен разработчиками пакета программ, но, поскольку, программой, кроме автоматических режимов диагностики, предусмотрены и неавтоматические режимы совместного анализа данных в разных контрольных точках, ниже приводится описание выбранных диагностических параметров.

В таблице 3.1 приведен список дефектов, которые могут быть обнаружены по результатам периодических измерений спектров вибрации и огибающей ее высокочастотных составляющих, измеренных на корпусе подшипникового узла с подшипником скольжения. Там же приведены частоты составляющих, рост амплитуды которых сопровождает появление развитых дефектов.

Так, диагностическим параметром неуравновешенности ротора является превышение уровнем составляющей низкочастотного спектра вибрации на частоте вращения порогового значения и одновременно отсутствие роста других составляющих вибрации. По спектру огибающей вибрации неуравновешенность ротора с достаточной степенью достоверности не обнаруживается.

Диагностическими параметрами боя вала (муфты) является рост нескольких составляющих низкочастотной вибрации машины на частотах, кратных частоте вращения вала, а также появление модуляции высокочастотной вибрации этими же частотами, в том числе и из-за появления гидродинамических ударных импульсов. В то же время бой вала не должен сопровождаться значительным ростом уровня высокочастотной вибрации, так как разрыва масляного слоя при бое вала обычно не происходит. Пример спектра вибрации подшипникового узла и спектра огибающей её высокочастотных составляющих при бое вала (муфты) приведён на рис.3.2. Диагностическим признаком дефектов узлов крепления подшипника является рост составляющих низкочастотного спектра вибрации на частотах менее 0,5твр. Рассматриваемый дефект не обнаруживается по спектру огибающей вибрации. Кроме того, чтобы избежать ложных срабатываний системы из-за низкочастотной вибрации других рядом стоящих машин, этот дефект считается обнаруженным лишь в том случае, когда одновременно в подшипнике появляется хоть один дефект другого вида.

Диагностическими признаками автоколебаний вала в подшипниках скольжения является появление составляющих низкочастотной вибрации на частотах, кратных второй (ктвр/2) или третьей (кТвр/3) субгармоникам частоты вращения, или этих же составляющих в спектре огибающей высокочастотной вибрации.

Диагностическим признаком перекоса подшипника, при котором в двух противоположных точках резко уменьшается величина зазора и масляного слоя, является рост в спектре вибрации составляющих на кратных и, особенно, на второй гармониках частоты вращения ротора. Одновременно диагностическим признаком этого дефекта является рост этих же составляющих в спектре огибающей вибрации подшипникового узла.

Диагностические признаки износа подшипника скольжения делятся на две независимые друг от друга группы. Первая связана с нестабильностью масляного клина и представляет собой изменение формы фона в спектре огибающей высокочастотной вибрации подшипника в виде его подъема на низких частотах. Втора? группа признаков определяется ростом гармоник спектра вибрации и ее огибакщей на ряде частот Ктвр, но с одновременным ростом высокочастотной случай-ой вибрации. Пример обнаружения износа подшипника по второй группе диагностических признаков приведен на рис.9.

Рисунок 9 - Пример обнаружения износа -подшипника по спектру огибающей: росту уровня высокочастотной вибрации

Диагностические признаки появления ударов в подшипнике скольжения лишь незначительно отличаются от группы признаков износа подшипника, обнаруживаемого по гармоническим составляющим спектра вибрации и ее огибающей частотами Ктвр. Это отличие касается спектра огибающей вибрации, в котором при появлении ударов небольшой длительности появляется большое число гармоник до граничной частоты спектра. Типичный пример спектра огибающей для этого случая приведен на рис.3.7.

Если : подшипнике обнаруживаются гидродинамические удары, т.е. при наличии в спектре огибающей вибрации признаков ударов нет роста уровня высокочастотной вибрации, эти признаки рекомендуется относить к бою вала, т.к. в этом случае опасность появления аварийного состояния подшипников очень мала. Если обнаружены признаки "сухого" удара с одновременным ростом высокочастотной вибрации, необходимо вмешательство обслуживающего машину персонала с целью уточнения степени опасности, например по температуре подшипника программа рекомендует проводить измерения через каждые 5-10 дней работы подшипника. В этом случае первые результаты диагноза будут получены через месяц от начала выполнения работ по диагностике. Дальнейшие измерения, если не были обнаружены дефекты, рекомендуется выполнять с интервалом от одного до трёх месяцев.

Основной рекомендацией по выбору режима работы машины при диагностике подшипников скольжения является обеспечение одной и той же скорости ее вращения во время каждого из периодических измерений вибрации. Для диагностики используются только те группы измерений, которые уложились по частоте в диапазон ±15% от среднего значения. Для многоскоростных машин рекомендуется выбирать тот режим, в котором она работает наиболее продолжительное время, т.е. номинальный режим работы машины. Если пользователь не может обеспечить измерение вибрации подшипниковых узлов в номинальном режиме работы, он может выбрать любой из режимов, в котором условия смазки подшипника укладываются в технические требования, предъявляемые к нормальной работе подшипника скольжения.

Еще одной рекомендацией по выбору режима работы является отсутствие динамических нагрузок на подшипник от других узлов машины, особенно если эти нагрузки имеют ударный характер. При необходимости пользователю рекомендуется отключать на время измерений те узлы машины, которые могут создать ударные нагрузки на подшипник. Наиболее удобным является режим работы машины без нагрузки на холостом ходу.

Во время выполнения диагностических измерений необходимо обеспечивать стабильность частоты вращения машины. Так, частота вращения не должна изменяться более, чем на 1%. Таким образом, при диагностике подшипников машин, непрерывно изменяющих свою скорость вращения в номинальном режиме работы, необходимо переходить на специальные режимы, при которых за относительно небольшое время измерений частота вращения не изменяется выше указанных пределов.

Существуют определенные виды узлов, например, механические, в том числе зубчатые, передачи, в которых при любом режиме работы могут присутствовать характерные для них динамические нагрузки на подшипники скольжения. Для диагностики подшипников таких узлов в пакете программ предусмотрены специальные модули, обеспечивающие совместную диагностику подшипников с узлами, создающими эти нагрузки.

Все дефекты, автоматически обнаруживаемые при обработке данных измерений в программе, по глубине могут делиться на три группы: слабые (I), средние (М) и сильные (8). Если выбранный метод обработки сигнала вибрации не позволяет обнаружить слабые дефекты, как это имеет место, например, при анализе спектров низкочастотной вибрации, группа этих дефектов не рассматривается.

Все пороговые значения, используемые для обнаружения, идентификации вида и определения глубины дефекта, задаются пользователем, однако в программе или инструкции по ее использованию всегда приводятся рекомендуемые значения порогов, основанные на имеющихся у разработчиков статистических данных по диагностике подшипников с последующей их визуальной дефектацией.

При диагностике подшипников скольжения по спектру вибрации задается два пороговых значения для каждого из диагностических параметров, один из которых определяет появление сильного дефекта, а другой - среднего. Пороговые значения отсчитываются от среднего значения параметра (среднего уровня соответствующей составляющей спектра), определенного по всем предыдущим измерениям (не менее трёх), либо по группе идентичных подшипников однотипных машин (не менее пяти). Из данных предыдущих измерений автоматически исключаются ошибочные, выпадающие за границы естественного разброса случайных величин (уровней составляющих, измеряемых в дБ виброускорения). Величина рекомендуемого порога сильного дефекта составляет 20 дБ над средним уровнем соответствующей составляющей спектра. Рекомендуемое значение порога среднего дефекта (в дБ) в два раза меньше и составляет 10 дБ.

Опыт диагностики различных машин и оборудования позволяет утверждать, что предлагаемые пороговые значения при стабильном режиме работы минимизируют вероятность ошибочных решений, которая является суммой вероятностей пропуска дефекта и ложного срабатывания. При диагностике подшипников скольжения многорежимных машин оператор может установить более высокие пороги. Если машина непрерывно работает при относительно стабильных внешних условиях (температура, влажность и т.п.), а ее частота вращения и нагрузка не изменяются, значения порогов можно снизить. Это даст возможность обнаруживать дефекты на ранней стадии их развития, но требует принятия индивидуальных решений о продолжении эксплуатации машины, если программой обнаружены сильные дефекты. Дело в том, что к множеству подшипников с сильными дефектами в этом случае программа относит и те, в которых глубина дефекта еще не дошла до аварийноопасных значений.

При диагностике подшипников скольжения по спектру огибающей задается три пороговых значения для каждого из видов дефектов, за исключением дефектов смазки, для которых, как и в предыдущем случае, задаются пороги сильного и среднего дефектов.

Пороги определяются в величинах (процентах) глубины модуляции для всех дефектов, кроме дефекта смазки, для которого они определяются в приращениях уровня высокочастотной вибрации, измеряемой в дБ виброускорения. Пользователю рекомендуется уточнять исходные пороги сильных дефектов по мере накопления информации о их величине, получаемой по результатам диагностики с дефектацией подшипников во время ремонтов.

В качестве отправных можно рекомендовать значения порогов сильных дефектов, составляющих для дефектов смазки 20 дБ, а для остальных видов дефектов 20% (по глубине модуляции). Пороги средних дефектов определяются автоматически, как среднее значение от порога сильного и слабого дефектов. Для дефектов смазки порог слабого дефекта отсутствует, а порог среднего дефекта составляет 10 дБ.

Порог слабого дефекта по глубине модуляции всегда определяется автоматически и зависит от чувствительности диагностической аппаратуры, используемой для выделения слабых гармонических составляющих на фоне случайных составляющих спектра огибающей "белого" шума.

6 РВС технология

 

.1 Суть РВС технологии

РВС-технология - технология восстановления изношенных узлов и механизмов ремонтно-восстановительными составами (РВС) без разборки в режиме штатной эксплуатации.

Технология, позволяющая в режиме штатной эксплуатации скомпенсировать выработки мест трения и контакта деталей машин, за счет наращивания металлокерамики - материала с куда более выгодными физико-механическими свойствами, чем стали.

Восстановление по РВС-технологии - это перечень технологических операций, конечным результатом которых является получение на поверхностях трения и контакта деталей машин металлокерамического защитного слоя (МКЗС) достаточной толщины для компенсации износа, используя ремонтно - восстановительный состав (РВС).

Образование металлокерамического защитного слоя происходит в результате прохождения реакции замещения ионов магния в узлах кристаллических структур ремонтно-восстановительного состава (РВС) на ионы железа поверхностного слоя стали (чугуна) трущихся поверхностей деталей машин. Образующиеся новые кристаллы имеют более объемные пространственные решетки, которые в своей массе приподнимаются над изношенной поверхностью, компенсируя износ. Толщина металлокерамического защитного слоя зависит от энергии, выделяемой при трении, и количества РВС, нагартовавшегося в местах трения. Здесь уместно даже говорить о частичном восстановлении формы деталей. Но, самое важное - происходит не только компенсация зазоров, но и их оптимизация, что приводит к резкому падению уровня вибраций и, как следствие - снижению энергопотребления.

Металлокерамика (или точнее керметы) обладает высокой термостойкостью, твердостью, пластичностью (по сравнению с керамикой), стойкостью к термоудару и другими свойствами металлов. Поддерживая в должном виде металлокерамический защитный слой, можно избежать необходимости замены деталей в будущем.

Если упрощенно описать принцип работы РВС, то процесс образования металлокерамического защитного слоя можно условно (т.к. нельзя воспринимать их как отдельные стадии) разделить на 4 этапа:

-    суперфинишная операция и домол частиц РВС;

-       очистка микрорельефа;

-       плотная нагартовка частиц РВС в углублениях микрорельефа;

-       операция образования МКЗС.

Суперфинишная операция

Если посмотреть на поверхность трения и контакта сопряженных деталей под увеличением, то она состоит из пиков и углублений, забитых продуктами износа и разложения масел и присадок. Рис. 10

Рисунок 10 - 1 этап.

Когда механизм включается в работу, нагрузка сближает поверхности трения, выступы микрорельефа рвут пленки, создаваемые маслом и присадками, и, набегая друг на друга, сламываются, добавляя в масло дополнительную порцию загрязнителей. В местах слома выступов происходят микровспышки, разрушающие масла и присадки (Рис.12).

При добавлении РВС выступы микрорельефа, как зубья своеобразной мельницы, размалывают частицы РВС. В местах слома при высоких температурах (температура зависит от скорости слома и твердости самого выступа и может достигать 1400oC) протекают своеобразные микрометаллургические процессы с образованием новых кристаллов. При этом остальная масса металла быстро снимает тепло из зон контакта. Это является необходимым условием для кристаллизации такого расплава. Так в местах выступов появляются первые пятна МКЗС.

Рисунок 12 2 этап. Очистка микрорельефа

Изготовленные частицы РВС - довольно крупные, если их рассматривать относительно выступов и углублений микрорельефа (Рис.13).

Выступы микрорельефа, как зубья мельницы, размалывают их. При размоле происходит интенсификация процессов микросваривания и микросхватывания, т.к. большее количество микровыступов будет сломано от контакта с частицами РВС.

Одновременно с суперфинишной операцией происходит процесс очистки микрорельефа от всех загрязнителей (продуктов износа и разложения смазок, присадок и т.д.), присутствующих на поверхности трения. Решение этой задачи закладывается на этапе изготовления РВС, его особой структурой и соответствующими добавками.

Рисунок 13 - 3 этап

Обычные моющие средства микрорельеф не вычищают. Нам же необходимо, чтобы вместо загрязнителей в углублениях находился РВС. В ходе домола РВС чисто механически, вдавливаясь противоположным выступом микрорельефа сопряженной поверхности трения, вычищает другую (Рис.14). Напоминает то, когда руки, запачканные отработкой, мы очищаем опилками или песком.

Рисунок 14 - 4 этап

Плотная нагартовка частиц РВС в углубления микрорельефа.

Чем меньше будет продуктов загрязнения, тем успешнее будет происходить очень важная стадия - плотная нагартовка домолотых частиц РВС. Именно при плотной нагартовке, в присутствии катализаторов и при энергии, выделяемой при трении, протекает реакция замещения атомов магния в кристаллических решетках РВС на атомы железа поверхностного и подповерхностного слоев металла.

Плотная нагартовка частиц РВС (Рис. 5) обеспечивается их слабомагнитными свойствами (ориентируются в определенном порядке векторами электромагнитных полей), абсолютной спайностью (вступают силы межкристаллического взаимодействия). Кроме того, они выстраиваются по направлению наименьшего механического сопротивления, а выступы микрорельефа при контакте еще и утрамбовывают частицы.

Рисунок 15 - 5 этап

При этом образуются новые кристаллы с гораздо более объемной кристаллической решеткой, в своей массе образующие слой, который, поднимаясь над поверхностью пятна контакта, компенсирует износ детали. Толщина слоев МКЗС пропорциональна количеству нагартованных частиц РВС и энергии, выделяемой при трении, и регулируется автоматически: есть энергия при трении и контакте - МКЗС растет, зазоры компенсируются, в результате чего выделение энергии снижается, прекращается реакция замещения - прекращается рост МКЗС.

Операция образования МКЗС.

Все три предыдущие операции в итоге обеспечивают плотный контакт домолотых частиц РВС к металлу поверхностного слоя. Необходимая энергия для прохождения реакции замещения - это энергия трения и контакта. Кроме того, специальные катализаторы обеспечивают протекание этой реакции уже при температурах в микрообъемах около 200oС и с относительно большой скоростью (8-16 часов непрерывной или суммарной работы механизма).

В результате в углублениях и на выступах микрорельефа образуются видоизмененные кристаллы с большими пространственными кристаллическими решетками (Рис.16), которые и образуют металлокерамический защитный слой, возвышающийся над каждым выступом микрорельефа.

Так происходит выравнивание геометрии поверхностей трения деталей машин и оптимизация зазоров в сопряжениях (Рис.17).

Рисунок 16 - 6 Этап

В природе в результате гидратации ультраосновных пород и в результате процессов серпентинизации за сотни миллионов лет происходит реакция замещения атомов Fе атомами Mg при строительстве кристаллов серпентина. Мы же нашли способ запустить этот процесс в обратном порядке. В этом суть данного изобретения.

Рисунок 17 - 7 этап

6.2 Применение РВС - технологии для восстановления узлов ж/д транспорта и на метрополитене

Рельсы на криволинейном участке пути

Место проведения: Западно-Сибирская магистраль, на главном ходу сложного 28-км-ого участка.

Результаты:(получение результатов в течение двух месяцев).

Остановка износа рельс. Частичная компенсация износа кривых участков железнодорожного полотна и подвижных участков стрелочного перевода.

Тяговая передача электровоза ВЛ80 (зубчатая пара, ст.20ХНЗА)

Место проведения: локомотивное депо Знаменка Одесской ж.д. Результаты:

до обработки по РВС- технологии:

износ шестерни - 97 %,

износ зубчатого колеса- 82%;

после обработки:

износ шестерни - 44,9% (прирост зубьев малой шестерни на 1,03 мм),

износ зубчатого колеса - 66,9% (прирост большого зубчатого колеса - 0,39 мм).

Редукторы колесной пары вагона типа Т-3М

Место проведения: Салтовское депо, г. Харьков

Результаты:

Снижение потребления электроэнергии от 10-40%

Снижение аксиального зазора на 0,04 мкм

Снижение времени разгона до 25%

Увеличение времени выбега до 10%

Дизель К661М (Ж/д крана КЖДЭ-17)

Место проведения: Цех железнодорожного транспорта АО "ХАРП", г. Харьков.

Результаты:

Увеличение компрессии 19%

Возрастание давление масла 9%

Снижение расхода топлива на холостом ходу -38%

Тепловозный дизель ТГМ-4А

Место проведения: Цех железнодорожного транспорта АО "ХАРП", г. Харьков

Результаты:

Увеличение компрессии - 52%

Возрастание давление масла- 9%

Снижение расхода топлива на холостом ходу -23%

ДВС ж/д крана КЖДЭ:

Место проведения УЖДТ ОАО "ЛГОК"

Результаты:

Повышение и выравнивание компрессии по цилиндрам, кг/см2 до обработки:

,0___8,0____6,0___7,0____6,0____11,0 ; после обработки

,0___22,0___22,0__22,0___22,0____22,0

Применение РВС - технологии для восстановления узлов электротранспорта позволяет:

-    Снизить износ пары рельс колесо;

-       Повысить твердость поверхности и увеличить срок службы подшипников;

-       Упрочнить и нарастить опорные площадки поверхностей трения, что восстанавливает исходную геометрию детали при резком повышении качества поверхностного слоя.

-       Уменьшение осевых и радиальных зазоров подшипников электродвигателя. Возможность их работы в течение некоторого времени при критических условиях (отсутствие смазки);

-       Восстановление цилиндропоршневых групп, заднего моста, коробок передач позволяет, как минимум, на 50000 км пробега отдалить необходимость капитального ремонта автотранспорта;

-       Сокращение потребления топлива:

o   На холостом ходу до 10%;

o     Рабочий ход до 15%

Увеличить срок службы смазок и масел в 2-3 раза

7. Безопасность и экологичность проекта

7.1 Безопасность труда при работе на компьютере

В основной части дипломного проекта рассмотрена организация диагностики с применением современных персональных компьютеров (ЭВМ).

В том числе детально был рассмотрен диагностический комплекс «Прогноз-1», базирующийся на основе ЭВМ.

Условия труда при работе на компьютере требуют рассмотрения в аспекте безопасности рассматриваемых производственно - технологических процессов, что определяет выбор темы и содержание раздела «Безопасность и экологичность проекта.»

Компьютер состоит: из монитора, системного блока и клавиатуры. Компьютер-это принятое в научно-популярной и научной литературе название ЭВМ. Монитор используется для получения на экране информации, выраженной в графическом виде. Конструкция монитора должна обеспечивать возможность фронтального наблюдения экрана путем поворота корпуса в горизонтальной плоскости вокруг вертикальной оси в пределах ± 30° и в вертикальной плоскости вокруг горизонтальной оси в пределах ± 30° с фиксацией в заданном положении. Дизайн мониторов должен предусматривать окраску в спокойные мягкие тона с диффузным рассеиванием света. Корпус монитора и ПЭВМ, клавиатура должны иметь матовую поверхность одного цвета с коэффициентом отражения 0.4¸0.6 и не иметь блестящих деталей, способных создавать блики. Конструкция монитора должна предусматривать наличие ручек регулировки яркости и контраста, обеспечивающие возможность регулировки этих параметров от минимальных до максимальных значений.

Параметры ВДТ приведены в таблице 16.

Мощность экспозиционной дозы рентгеновского излучения в любой точке на расстоянии 0.05м от экрана и корпуса монитора при любых положениях регулировочных устройств не должна превышать 7.74х10 А/кг, что соответствует эквивалентной дозе, равной 0.1 мбэр/час (100 мкР/час).

Таблица 7.1 - Визуальные эргономические параметры ВДТ и пределы их изменений

Наименование параметров	Пределы значений параметров
	Минимальный (не менее)	Максимальный (не более)
Яркость знака (яркость фона), кд/ кв. м. (измеренная в темноте)	35	120
Внешняя освещенность экрана, лк	100	250
Угловой размер знака, угл. мин.	16	60

Оптимальным диапазоном значений визуального эргономического параметра называется диапазон, в пределах которого обеспечивается безошибочное считывание информации при времени реакции человека-оператора, превышающем минимальное, установленное экспериментально для данного типа монитора, не более, чем в 1.2 раза.

Допустимым диапазоном значений визуального эргономического параметра называется диапазон, при котором обеспечивается безошибочное считывание информации, а время реакции человека-оператора превышает минимальное, установленное экспериментально для данного типа монитора, не более, чем в 1.5 раза.

Угловой размер знака-угол между линиями, соединяющими крайние точки знака по высоте и глаз наблюдателя.

Угловой размер знака определяется по формуле

a =arctg()                                                                                 (33)

где h-высота знака,расстояние от знака до глаза наблюдателя.

Монитор, как и любое устройство, должен соответствовать определенным требованиям и стандартам. Требования на мониторы разделяют на две основные группы стандартов и рекомендаций-по безопасности и эргономике. К первой группе относятся стандарты UL, CSA, DHHS, CE, скандинавские SEMRO, DEMKO, NEMKO, а также FCC Class B. Из второй группы наиболее известны MPR-II, TCO’92, TCO’95, ISO 9241-3, EPA Energy Star, TUV Ergonomie. Вот некоторые из них:

FCC Class B - этот стандарт разработан канадской федеральной комиссией по коммуникациям для обеспечения приемлемой защиты окружающей среды от влияния радиопомех в замкнутом пространстве. Оборудование, соответствующее требованиям FCC Class B, не должно мешать работе теле- и радио аппаратуры,

MPR-II-этот стандарт был выпущен в 1990г Шведским национальным департаментом и утверждён ЕЭС. MPR-II налагает ограничения на излучения от компьютерных мониторов и промышленной техники, используемой в офисе,

Российский стандарт ГОСТ 27954-88 на видеомониторы персональных ЭВМ приведен в таблице 14. Требования этого стандарта обязательны для любого монитора продаваемого в РФ.

Таблица 18 - Основные требования Российского стандарта ГОСТ 27954-88 на видеомониторы персональных ЭВМ

Характеристика монитора	Требования ГОСТ 27954-88
частота кадров при работе с позитивным контрастом	не менее 60 Гц
частота кадров в режиме обработки текста	не менее 72 Гц
дрожание элементов изображения	не более 0.1 мм
антибликовое покрытие	обязательно
допустимый уровень шума	не более 50 дБА
мощность дозы рентгеновского излучения на расстоянии 5 см от экрана при 41-часовой недели	не более 0.03 мкР/с

Кроме того, данным стандартом не допускается применение взрывоопасных ЭЛТ, регламентируется степень детализации технической документации на мониторы, а так же устанавливаются требования стандартизации и унификации, технологичности, эргономики и технической эстетики, экологической безопасности, технического ремонта и обслуживания, а также надёжности. Мониторы персональных компьютеров и рабочих станций подвергаются обязательным сертификационным испытаниям по следующим параметрам:

параметры безопасности-электрическая, механическая, пожарная безопасность (ГОСТ Р50377-92);

санитарно-гигиенические требования-уровень звуковых шумов (СН 2.2.4/2.1.8.563), ультрафиолетовое, рентгеновское излучения и показатели качества изображения (ГОСТ 27954-88);

электромагнитная совместимость-излучаемые радиопомехи (ГОСТ 29216-91);

Сертификат выдается только на весь комплекс вышеперечисленных ГОСТов.

Также рекомендуется наличие на экранах мониторов антистатического покрытия (antistatic coating), которое препятствует возникновению на поверхности экрана электростатического заряда, притягивающего пыль и неблагоприятно влияющего на здоровье пользователя.

Помещение с мониторами и ПЭВМ должны иметь естественное и искусственное освещение. Естественное освещение должно осуществляться через светопроёмы, ориентированные преимущественно на север и северо-восток, и обеспечивающие коэффициент естественного освещения (КЕО) не ниже 1.2 % в зонах с устойчивым снежным покровом и не ниже 1.5 % на остальной территории. Указанные значения КЕО нормируются для зданий, расположенных в III световом климатическом поясе.

Площадь на одно рабочее место с ПЭВМ для взрослых пользователей должна составлять не менее 6.0 м2, а объём не менее 20.0 м3.

Для внутренней отделки интерьера помещений с мониторами и ПЭВМ должны использоваться диффузно- отражающиеся материалы с коэффициентом отражения для потолка: 0.7¸0.8, для стен: 0.5¸0.6; для пола: 0.3¸0.5. Поверхность пола в помещениях эксплуатации мониторов и ПЭВМ должна быть ровной, без выбоин, нескользкой, удобной для очистки и для влажной уборки, обладать антистатическими свойствами.

7.2 Нормирование электромагнитных полей на рабочих местах с компьютерной техникой

Достижение цели безопасного общения с ПЭВМ требует в первую очередь определения пределов уровней электромагнитных излучений, обеспечивающий безопасность на том расстоянии от дисплея, где обычно при работе находится пользователь компьютера, т.е. установления нормы предельно допустимого уровня (ПДУ).Эта, в общем, непростая задача нормирования ПДУ может быть решена тремя возможными вариантами.

Вариант 1. Использовать данные о корреляции отрицательных явлений в человеческом организме с частотно-амплитудными и временными характеристиками воздействующих полей. Выбрать из их совокупности минимальные параметры и по ним установить ПДУ. Хотя этот классический путь наиболее элегантен по решению проблемы, однако, практически он невыполним т.к. необходимые исходные данные отсутствуют, а получение их преднамеренно означает проведение экспериментов над людьми, что в принципе недопустимо.

Вариант 2. Основываясь на многолетних наблюдениях служб охраны труда, определить максимальные частотно-амплитудные и временные границы, ниже которых отсутствует вредное влияние полей при 8-часовом рабочем дне. Такой подход (вариант) и был принят в Советском Союзе (и перешел в систему норм ПДУ России) при нормировании ПДУ на электромагнитное воздействие. Однако при кажущейся гуманности, здесь имеется некоторое “но” - а что если последствия электромагнитного воздействия ниже ПДУ скажутся значительно позже, т.е. еще при жизни человека, но по окончании времени наблюдения, тем более что такое наблюдение ведется сравнительно недавно.

Вариант 3. При этом нормы ПДУ полей дисплея устанавливаются по среднестатистическим уровням естественного электромагнитного поля (фона) в определенных полосах частот. Электромагнитный фон существует всегда в помещениях предприятий и организаций, где используются различные электротехнические устройства - потребители электроэнергии и, соответственно, разводки силовых сетей промышленной частоты. Этот вариант создания норм ПДУ представляется наиболее правильным, так как при выполнении таких норм полностью отсутствует основание указывать на дисплей компьютера как на источник опасности.

Рассмотрим, как в настоящее время нормируется допустимое воздействия на человека электромагнитных полей от дисплеев ЭВМ.

К началу процесса бурного внедрения компьютерной техники Россия подошла слабо подготовленной не только в части решения, но и познания механизма взаимодействия человека с электронной машиной с точки зрения санитарно-гигиенических проблем. Справедливости ради следует отметить, что в Советском Союзе существовал ряд стандартов, нормирующих работу человека в различных полях и устанавливающих предельно допустимые их уровни. Однако не было документов, в которых рассматривалось бы одновременное их воздействие на работника. Некомплектная нормативная база по электромагнитной обстановке рабочих мест дополнялась слабостью метрологического обеспечения. Действительно, действующие до сих пор в России государственные стандарты (ГОСТ 12.1.045-84, ГОСТ 12.1.002-84, ГОСТ 12.1.006-87) и соответствующие им санитарные нормы (ПДУ №3206-85, СанПиН 5802-91, ВСН №2963-84) устанавливают предельно допустимые уровни напряженности электростатических полей, электрических полей промышленной частоты, полей радиочастот, магнитных полей на рабочих местах. Однако при внимательном рассмотрении этих документов становится ясным, что:

указанные стандарты относятся к специфическим производственным условиям и распространяются на персонал, обслуживающий высоковольтные электроустановки или находящийся в ближней зоне действия мощных радиостанций;

низкочастотный диапазон - до 30 кГц, за исключением одной фиксированной частоты 50 Гц, нормами вообще не охвачен;

стандарты, может быть и хорошие сами по себе, оперируют каждый только одним видом воздействия на человека, в то время как пользователь ПЭВМ находится под воздействием комплекса физических и эргономических факторов;

рекомендуемые в стандартах контрольно-измерительные приборы не учитывают ни частотно-энергетических особенностей системы “электронная машина - человек”, ни влияния самого человека на состояние полей в непосредственной близости от источника.

Исходя из сказанного, нельзя было не признать, что существующая в России система нормативов предельно допустимых уровней электромагнитных полей на рабочих местах электроустановок мало пригодна для рабочих мест с видеодисплейными терминалами и ПЭВМ. Представляется, что аналогичное положение было и в других цивилизованных государствах, где разрабатывается, производится или используется компьютерная техника.

Эти стандарты легли в основу созданных во многих странах национальных систем тестирования и сертификации - как различных дисплеев, так и ПЭВМ в целом‹ . Ценность этих документов - в комплексности решения проблемы. В этих документах не только установлены предельно-допустимые уровни полей и даны методы и средства контроля, но и даны подробные технические требования к техническим средствам для калибровки и поверки средств измерений и контроля.

Представляя нормативы излучательных характеристик дисплеев, авторы указанных выше шведских нормативных документов оговариваются, что эти нормы “не являются предельными значениями с точки зрения санитарии”, а имеют своим назначением оказание помощи пользователям в выборе подходящих для них технических средств.

В то же время исходной предпосылкой при создании норм на излучательные характеристики было то, что “устройство визуального отображения не должно увеличивать уровни излучений, имеющихся в нормальном офисе”. То есть мы видим здесь третий вариант подхода к нормированию, как наиболее гуманный. Более того, при обосновании выбранных норм, авторы главное внимание уделяют физическим факторам, оказывающим влияние на здоровье пользователей. Вероятно, эти обстоятельства привели к тому, что в большинстве стран “Шведский стандарт” был воспринят как санитарно-гигиенический, и на его основе создавались национальные нормативные акты. Директивой Совета ЕЭС от 29 мая 1990 г. № 90/270/ЕЕС данный документ введен с июня 1992 года в качестве общеевропейского стандарта.

В России два основополагающих стандарта (гармонизированные с МРR 1990:8 и МРR 1990:10) введены в действие в 1997 году. Это ГОСТ Р 50948-96. “Средства отображения информации индивидуального пользования. Общие эргономические требования и требования безопасности” и ГОСТ Р 50949-96 “Средства отображения информации индивидуального пользования. Методы измерений и оценки эргономических параметров и параметров безопасности”. С учетом данных стандартов Госсанэпиднадзор России разработал и с 1-го января 1997 года ввел в действие обязательные санитарные правила и нормы - СанПиН 2.2.2.542-96 “Гигиенические требования к видеодисплейным терминалам, персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы”. В последнем документе электромагнитные поля ВДТ представлены как “ неионизирующие излучения”. Рентгеновское же излучение, принципиальное присутствие которого возможно ввиду наличия высокого (более 22 кВ) напряжения на электронно-лучевой трубке дисплея, законно представлено как “ионизирующее”. Кроме характеристик, присущих только дисплеям, СанПиН содержат санитарно-гигиенические требования к ПЭВМ вообще, требования к помещениям, где эксплуатируются ПЭВМ, к микроклимату, акустическим шумам и вибрациям, освещению, организации и оборудованию рабочих мест с ВДТ и ПЭВМ, как для взрослых пользователей, так и учащихся и детей дошкольного возраста.

Введение допустимых значений параметров неионизирующих излучений построено в СанПиН 2.2.2.542-96 так, как будто произошла с 1 января 1997 года замена устаревших ПДУ на новые, более жесткие. При этом, естественно, возникает желание сравнить “ старые” и “новые” нормы. Но дело в том, что как уже отмечалось выше, “старые” нормы разрабатывались совсем для других случаев, в то время, когда проблемы с “излучениями” дисплеев не существовало. Новое же нормирование исходит из возможности одновременного воздействия на пользователя дисплея всех рассматриваемых физических факторов. Это означает, что гигиеническое сравнение “старых” и “новых” ПДУ представляется некорректным, особенно если учесть, что работа с ПЭВМ является одним из наиболее сложных видов интеллектуальной деятельности человека. Если же подойти чисто формально, то “новые” ПДУ примерно в 20 раз жестче “старых”.

Сопоставление гигиенических норм, по уровням электромагнитных полей на компьютерную технику, действующих в России до 1997 года, и норм, установленных с 1-го января 1997 года приведено в таблице.20, 21

Таблица 20 - Нормы по электрическим и магнитным полям до 1-го января 1997 г

1	Напряженность переменного электрического поля на расстоянии 50 см от дисплея	Не более 10 В/м
2	Напряженность переменного магнитного поля на расстоянии 50 см от поверхности дисплея	Не более 0,3 А/м
3	Напряженность электростатического поля:
	Для взрослых пользователей	Не более 15 кВ/м
	для детей дошкольных учреждений и учащихся средних специальных и высших учебных заведений	Не более 10 кВ/м

Таблица 21 - Нормы по электрическим и магнитным полям с 1-го января 1997 г.

	Напряженность переменного электрического поля на расстоянии 50 см вокруг дисплея
	в диапазоне частот 5 Гц .... 2 кГц	Не более 25 В/м
	в диапазоне частот 2 кГц .... 400 кГц	Не более 2,5 В/м
2	Плотность магнитного потока (магнитная индукция)
	в диапазоне частот 5 Гц .... 2 кГц	Не более 250 нТл
	в диапазоне частот 2 кГц .... 400 кГц	Не более 25 нТл
3	Поверхностный электростатический потенциал экрана дисплея	Не более 500 В

Необходимо отметить существенный недостаток СанПиН 2.2.2.542-96 - отсутствие методик измерения и контроля электромагнитных полей. Это определяет неоднозначность подхода у служб Госсанэпиднадзора и к измерительной аппаратуре, и к методам контроля; а также приводит к различной трактовке результатов измерения полей.

Несмотря на жесткость вновь введенных норм, состояние с компьютерной техники выпуска 1996 - 1998 годов (оцениваемое по результатам сертификационных испытаний) показывает, что нормы эти вполне выполнимы. Уровни электромагнитных полей большинства испытанных дисплеев и системных блоков этих годов выпуска в ряде случаев на порядок ниже ПДУ, приближаясь к уровням естественного фона. Это указывает на серьезный подход разработчиков, конструкторов и изготовителей к проблеме защиты пользователей компьютерной техники. Сказанное также означает, что” шведская мечта” сделать уровни полей от ВДТ соизмеримыми с уровнями естественного фона “нормального офиса” представляется достижимой.

Однако считать проблему экологии системы “ПЭВМ - человек” решенной пока нельзя. В первых - при использовании в одном помещении 2-х и более компьютеров появляется проблема их экологической и электромагнитной совместимости, особенно в помещениях небольшой площади и с большой насыщенностью техническими средствами

Во вторых - парк действующей компьютерной техники накапливался в течении нескольких лет. Среди используемых ПЭВМ большая часть изготовления прошлых лет, она не проверялась на соответствие гигиеническим требованиям. В то же время эта техника очень дорогая; сменить полностью парк действующей техники на современный - задача непосильная не только для отдельных владельцев, но и для солидных финансовых учреждений и предприятий. Кроме того, и за качеством новой техники следует зорко и бдительно присматривать, исключая в этом деле благодушие. Нередки случаи, когда с маркировкой “Low Radiation” (“Низкое излучение”) на наш рынок проникают дисплеи с недопустимо высоким уровнем электромагнитных полей.

Безопасно же работать на старом компьютерном оборудовании (в том числе в энергоемких помещениях) не только нужно, но и можно при условии знания особенностей и соблюдении определенного комплекса сравнительно несложных правил и условий.

Нельзя обойти стороной одну весьма распространенную ошибку в подходе к оценке электромагнитных полей на рабочих местах с компьютерной техникой (точнее - ошибку в подходе к оценке соответствия или несоответствия рабочих мест с компьютерной техникой установленным требованиям по электромагнитным полям).

Часто приходится сталкиваться с такими случаями, когда представитель какого-либо контролирующего органа приходит в организацию, измеряет электромагнитные поля на рабочем месте с ПЭВМ, получает в частотном диапазоне “5 Гц…2 кГц” значения электрической составляющей, превышающие 25 В/м, или значения магнитной составляющей, превышающие 250 нТл, и на основании полученных результатов измерений делает заключение о невыполнении на данном рабочем месте требований СанПиН 2.2.2.542-96 по уровням электромагнитных полей от ПЭВМ. Следующий шаг - официальное предписание о приостановлении работ на этом рабочем месте.

К сожалению, действия контролирующих органов при таком подходе нельзя признать юридически правомерными. Проанализируем более тщательно требования СанПиН 2.2.2.542-96, обратив внимание на нюансы, на которые мало кто обращает внимание. В этих санитарных нормах и правилах установлены требования к организации рабочего места, требования к шумам на рабочем месте, требования к освещенности на рабочем места, требования к микроклимату на рабочем месте и т.п. По указанным параметрам предъявлены требования к помещению и рабочему месту. Вместе с тем, раздел 3 СанПиН 2.2.2.542-96 (где установлены требования к электромагнитным полям) сформулирован иначе. В данном разделе предъявлены требования к техническим средствам на рабочем месте (требования к техническим средствам - видеодисплейным терминалам и персональным электронно-вычислительным машинам, а не к рабочему месту !!!). То есть, дисплей и ПЭВМ должны иметь на рабочем месте уровни собственных электрических и магнитных полей не выше значений, установленных в СанПиН 2.2.2.542-96.

Вместе с тем, в любом помещении (соответственно, и на рабочих местах в этом помещении) присутствуют электрические и магнитные поля промчастоты 50 Гц. Эти поля присутствуют в помещении даже тогда, когда в нем не расположена или не включена компьютерная техника. Требования к полям промчастоты 50 Гц установлены в иных нормативных документах - в СанПиН 2.2.4.723-98 "Переменные магнитные поля промышленной частоты в производственных условиях" для магнитных полей (норма при 8 часовом рабочем дне - 100 000 нТл) и СанПиН 5802-91 "Санитарные нормы и правила выполнения работ в условиях воздействия электрических полей промышленной частоты" для электрических полей промчастоты 50 Гц (норма при 8 часовом рабочем дне - 5 000 В/м). Таким образом, при установлении электромагнитной безопасности рабочего места с компьютерной техникой должно быть подтверждено его соответствие трем нормативным документам:

СанПиН 2.2.2.542-96 по требованиям к электрическим и магнитным полям дисплеев и ПЭВМ;

СанПиН 5802-91 по требованиям к электрическим полям промчастоты 50 Гц;

СанПиН 2.2.4.723-98 по требованиям к магнитным полям промчастоты 50 Гц.

Физическая природа и механизмы воздействие на человека этих полей различны. Электрические и магнитные поля промчастоты 50 Гц - это синусоидальные поля с низким уровнем гармоник. Электрические и магнитные поля ПЭВМ - это в значительной степени импульсные и (что является особенно значимым) низкочастотные модулированные поля.

До тех пор, пока не установлено - какой вклад в суммарное измеренное электрическое или магнитное поле дают собственные поля дисплеев и ПЭВМ, а какой - поля промчастоты 50 Гц, делать заключение о невыполнении на рабочем месте требований СанПиН 2.2.2.542-96 по уровням электрических и магнитных полей и выдавать официальное предписание о приостановлении работ неправомерно. Аналогичный подход должен быть и при аттестации рабочих мест с компьютерной техникой по условиям труда.

В заключение рассмотрения вопроса об оценке электромагнитных полей на рабочих местах с компьютерной техникой необходимо сделать одно замечание. Уровни допустимых фоновых магнитных полей промчастоты 50 Гц, регламентированных для производственных помещений действующими в настоящее время нормативными документами (СанПиН 2.2.4.723-98), составляют, как уже отмечалось выше, величину 80 А/м (100 мкТл). Однако опыт аттестации рабочих мест с компьютерной техникой по условиям труда показывает, что уже при напряженности магнитного поля 0,8 А/м (1 мкТл) возникают эффекты нестабильности изображения на экранах дисплее ПЭВМ.

Эти эффекты в равной степени присущи как для старых типов дисплеев, так и для современных дисплеев, прошедших весь установленный комплекс сертификационных испытаний по требованиям электромагнитной совместимости (по требованиям восприимчивости их к внешним электромагнитным помехам и помехам по цепям питания). Это диктует необходимость иного подхода к нормированию фона магнитных полей промышленной частоты 50 Гц для помещений, предназначенных для эксплуатации компьютерной техники. Как ни печально, но необходима срочная корректировка только что введенных в действие (с 1-го января 1999 года) санитарных норм и правил СанПиН 2.2.4.723-98. Требования по допустимым фоновым уровням магнитных полей промчастоты 50 Гц в помещениях, предназначенных для эксплуатации компьютерной техники, должны быть установлены иные (и существенно более жесткие), чем для других производственных помещений. Необходимо также введение при сертификационных испытаниях дисплеев дополнительных проверок по устойчивости их к низкочастотным магнитным полям, пересмотр существующих строительных норм и правил по монтажу систем электропитания в зданиях и помещениях, если они (эти здания и помещения) предназначенных для эксплуатации компьютерной техники.

Пока такие изменения в нормативные документы не введены, контролирующим органам можно дать лишь один совет: - при приемке в эксплуатацию помещений, в которых возможна установка компьютерной техники, в обязательном случае необходимо проводить инструментальные измерения уровней магнитных полей промчастоты 50 Гц. Если уровни этих полей превышают 1 мкТл (0,8 А/м), то при приемке (допуске в эксплуатацию) рабочих мест с ПЭВМ в этих помещениях инструментальные измерения опасных и вредных производственных факторов (ОВПФ) на рабочих местах должны в обязательном порядке включать в себя, среди прочего, тщательный контроль визуальных эргономических характеристик дисплеев ПЭВМ (контроль пространственной и временной нестабильности изображения на экране дисплеев в соответствии с нормами СанПиН 2.2.2.542-96). По сути дела более правильным было бы запрещение эксплуатации рабочих мест с компьютерной техникой в таких помещениях, как потенциально опасных для здоровья операторов ПЭВМ. Однако законных оснований для этого в настоящее время нет.

1. Общие положения и область применения.

2. Настоящая технологическая инструкция предназначена для проведения измерений параметров электромагнитных полей ВДТ и ПЭВМ. по требованиям СанПиН 2.2.2.542-96 и ГОСТ Р 50923-96 при выполнении инструментальных измерений опасных и вредных производственных факторов на рабочих местах для целей аттестации этих рабочих мест по условиям труда.

3. Средства измерения.

Измеритель электрического поля ИЭП-05, предназначенный для измерения напряженности переменного электрического поля в двух диапазонах частот:

Таблица 7.5 Пределы измерений

Диапазон	Частота	Предел измерения	Осн.относ. погрешность
1	5 ... 2000 Гц	7 ... 199 В/м	не более 20 %
2	2 ... 400 кГц	0.7 ... 19.9 В/м	не более 20 %

Измеритель магнитного поля ИМП-05, предназначенный для измерения плотности магнитного потока электромагнитного поля в двух диапазонах частот:

Таблица 7.6 Пределы измерений

Диапазон	Частота	Предел измерения	Осн. относ. погрешность
1	5 ... 2000 Гц	70 ... 1999 нТл	не более 20 %
2	2 ... 400 кГц	7 ... 199 нТл	не более 20 %

Измеритель напряженности электростатического поля ИЭСП-01, предназначенный для измерения напряженности электростатического поля в пространстве между измерительной пластиной и видеодисплейным терминалом.

Таблица 7.7 - Пределы измерений

Предел измерения	Осн. относ. погрешность
1 ... 180 кВ/м	не более 10 %

4. Обследование рабочих мест, оснащенных ВДТ и ПЭВМ, по параметрам электромагнитных излучений.

Процесс обследования рабочих мест выполняется в четыре этапа:

-    организационные мероприятия;

-       измерения;

-       оформление отчетных документов;

-       анализ результатов с выводами и предложениями.

5. Организационные мероприятия.

Целью организационных мероприятий является получение полной информации об объекте обследования.

Для выполнения организационных мероприятий произвести следующие действия:

На планировке каждого помещения отметить:

нумерацию всех обследуемых рабочих мест (слева на право);

о наличии шин защитного заземления;

Занести в отчет информацию о мониторе (тип, номер, место и дата изготовления, наличие сертификатов ЭМС и MPR).

Занести в отчет информацию о должности работающего, продолжительности рабочего времени и характере его работы на компьютере.

Занести в отчет информацию о наличии защитного фильтра на экране монитора, его инвентарном номере, типе и конструктивных особенностях.

6. Проведение измерений параметров электромагнитных излучений.

7. Выполнение подготовительных технических работ по проведению измерений.

Осмотреть помещение и выключить в нем все энергопотребители (включая ПЭВМ), вытащив их вилки питания из сетевых розеток. Если это не будет осложнять индикацию результатов измерений, выключить освещение в помещении. Попросить сопровождающего от организации, чтобы он дал указание отключить, по возможности, энергопотребители в смежных помещениях (в том числе нижнем этаже здания), а также не производить выключение и включение энергопотребителей в период выполнения измерений.

Подсоединить заземляющий проводник прибора ИЭП-05 к заземляющей клемме в помещении, руководствуясь нижеследующим:

при наличии на рабочем месте трехпроводной сети с заземляющим проводом заземляющий проводник прибора подсоединить к земляной клемме щитка питания рабочего места (или к земляному лепестку одной из евророзеток обследуемого рабочего места). Если подсоединение проводника к земляной клемме евророзетки затруднит в дальнейшем подключение системного блока и дисплея ПЭВМ, подключение проводника допускается к земляному лепестку ближайшей в помещении евророзетки.

Перед подсоединением заземляющего проводника к земляной клемме щитка питания необходимо убедиться в отсутствии на ней напряжения (с помощью индикаторной отвертки).

при отсутствии на рабочем месте трехпроводной сети, а также при отсутствии достоверной информации о наличии трехпроводной сети (даже если на рабочем месте установлены евророзетки), заземляющий проводник подсоединить к внешнему земляному контакту силового щита, от которого запитаны розетки контролируемого рабочего места. При отсутствии внешнего земляного контакта на силовом щите подсоединить заземляющий проводник к земляному контакту внутри силового щита.

Подсоединить заземляющий проводник прибора ИЭСП-01 к одному из винтов крепления источника питания в системном блоке ПЭВМ.

8. Измерение фона магнитных и электрических полей.

Направить прибор ИМП-05/1 антенной на экран дисплея, последовательно измерить и записать в таблицу 1 значения магнитного фона в точках, указанных на рисунке 1.

Направить прибор ИМП-05/2 антенной на экран дисплея, последовательно измерить и записать в таблицу 1 значения магнитного фона в точках, указанных на рисунке 1.

Направить заземленный прибор ИЭП-05 антенной на экран дисплея, последовательно измерить и записать в таблицу 2 значения электрического фона в двух поддиапазонах частот в точках, указанных на рисунке 2.

9.Измерение магнитных и электрических полей ПЭВМ.

Включить питание системного блока и дисплея обследуемой ПЭВМ. После вхождения ПЭВМ в рабочий режим (по окончанию загрузки операционной системы) вставить в дисковод системного блока дискету с тестовой программой и, запустив ее, вывести на экран дисплея обследуемой ПЭВМ тестовую картинку «Black M» (черная буква М на белом фоне).

Установить максимальную контрастность изображения на экране дисплея.

Направить прибор ИМП-05/1 антенной на экран дисплея; последовательно измерить и записать в таблицу1 значения магнитного поля в точках расположения антенны, указанных на рисунке 1.

Направить прибор ИМП-05/2 антенной на экран дисплея; последовательно измерить и записать в таблицу 1 значения магнитного поля в точках расположения антенны, указанных на рисунке 1.

Направить прибор ИЭП-05 антенной на экран дисплея, измерить значение электрического поля в диапазоне частот 5 ... 2000 Гц. Если измеренное значение превышает допустимую норму, то необходимо проверить заземление обследуемой ПЭВМ. В случае его отсутствия указать на обязательность наличия заземления и прервать работу.

Перейти к выполнению следующих пунктов после выполнения работ по заземлению.

Работы по заземлению должен выполнять работник организации.

Направить прибор ИЭП-05 антенной на экран дисплея; последовательно измерить и записать в таблицу 2 значения электрического поля в двух поддиапазонах частот в точках расположения антенны, указанных на рисунке 2.

Измерить в соответствии с инструкцией по эксплуатации на прибор ИЭСП-01 и записать в таблицу 3 и электростатический потенциал экрана дисплея.

Изменить на экране дисплея тестовую картинку, установив (в соответствии с инструкцией по запуску программы) белую букву М на черном фоне.

Направить прибор ИЭП-05 антенной на экран дисплея, последовательно измерить и записать в таблицу 2 значения электрического поля в двух поддиапазонах частот в точках расположения антенны, указанных на рисунке 2.

Измерить в соответствии с инструкцией по эксплуатации на прибор ИЭСП-01 и записать в таблицу 3 электростатический потенциал экрана дисплея.

Примечание: Перед измерением выдержать двадцатиминутный интервал после включения ПЭВМ.

Выключить компьютер в соответствии с требованиями установленного на нем программного обеспечения.

Изменить полярность включения в розетку вилки питания дисплея ПЭВМ либо вилки питания системного блока (если дисплей включается в сеть через системный блок).

Включить питание системного блока и дисплея обследуемой ПЭВМ. 

После вхождения ПЭВМ в рабочий режим (по окончанию загрузки операционной системы) вставить в дисковод системного блока дискету с тестовой программой и, запустив ее, вывести на экран дисплея обследуемой ПЭВМ тестовую картинку «Black M» (черная буква М на белом фоне).

Повторить измерения переменного электрического поля в двух поддиапазонах частот и электростатического потенциала в последовательности и в соответствии с указаниями пунктов 5 … 9.

Вытащить из дисковода дискету с тестовой программой и выключить компьютер в соответствии с требованиями установленного на нем программного обеспечения.

Дополнительные указания:

Считывание показаний с экрана индикаторов приборов ИМП-05/1 и ИЭП-05 в первом поддиапазоне частот должно осуществляться не ранее, чем через 5 секунд после помещения их в измеряемую точку.

Если на дисплее установлен защитный экранный фильтр, имеющий инвентарный номер, измерения переменных электрических полей и электростатического потенциала производят с фильтром. Номер защитного экранного фильтра и номер дисплея заносят в протокол. Поверхностью экрана при этом считается поверхность фильтра.

Если защитный фильтр не имеет номера, измерения полей производят, сняв этот фильтр с экрана дисплея, о чем информируют сопровождающего от организации.

Если на дисплее установлен защитный экранный фильтр, имеющий инвентарный номер, измерения переменных электрических полей и электростатического потенциала производят с фильтром. Номер защитного экранного фильтра и номер дисплея заносят в протокол. Если защитный фильтр не имеет номера, измерения полей производят, сняв этот фильтр с экрана дисплея.

10. Требования безопасности при выполнении работ.

К выполнению измерений допускаются лица не моложе 18 лет, имеющие соответствующую квалификацию, прошедшие обучение и инструктаж по проведению измерений, прошедшие инструктаж по охране труда и противопожарной безопасности и изучившие инструкции Э-00-03, Э-00-04, ППБ-01.

При выполнении измерений низкочастотных электрических и магнитных полей ВДТ и ПЭВМ должны соблюдаться требования техники безопасности, установленные в эксплуатационной документации на измерительные приборы.

Включение и выключение обследуемой техники должен производить оператор этой техники или представитель организации, присутствующий при измерениях.

 

.3 Расчет освещенности рабочего места

Работа, выполняемая с использованием вычислительной техники, имеют следующие недостатки:

вероятность появления прямой блесткости;

ухудшенная контрастность между изображением и фоном;

отражение экрана.