Надежность подвижного состава_Методичка_СР. Методические рекомендации по организации самостоятельной работы студентов направления подготовки 23. 06. 01 Техника и технологии наземного транспорта

• Название: Методические рекомендации по организации самостоятельной работы студентов направления подготовки 23. 06. 01 Техника и технологии наземного транспорта
• Дата: 06.12.2021
• Размер: 0.58 Mb.
• Имя файла: Надежность подвижного состава_Методичка_СР.doc
• Тип: Методические рекомендации; #292941
• страница: 8 из 9

4. Пути повышения эксплуатационной надежности ПС.

Тема 7. Расчет числовых характеристик закона распределения контролируемого параметра.

Гистограмма и плотность распределения значений контролируемого параметра y (фактическая и теоретическая) заданной детали ПС. Результаты расчета количество интервалов разбиения оси возможных значений контролируемого параметра заданной детали ПС используя правило Страджесса. Полученное значение следует округлить до большего целого числа. Результаты расчета математического ожидания M_y и и дисперсии s²_y случайной величины значений контролируемого параметра y заданной детали ПС. Результаты расчета критерия Пирсона ²_расч.. Сравнение расчетного критерия ²_расч. с табличным ²_табл. исходя из количества степеней свободы, уровня значимости и числа интервала группирования значений контролируемого параметра заданной детали ПС. Определение закона распределения значений контролируемого параметра y заданной детали ПС.

Контрольные вопросы по теме:

1. Определите число интервалов разбиения оси возможных значений контролируемого параметра, если число разрядов гистограммы распределения равно 10.

2. Найдите число степеней свободы распределения, если число разрядов гистограммы распределения равно 8.

3. Укажите формулу для расчета числа интервалов разбиения области определения контролируемого параметра согласно правила Страджесса.

4. Определите число интервалов разбиения области определения контролируемого параметра при объеме выборки статистической совокупности n = 10000.

5. Какова единица измерения дисперсии, если единица измерения среднего значения контролируемого параметра – мм?
Тема 8. Определение зависимости числовых характеристик от пробега.

Построение эмпирических и аналитических зависимостей среднего значения и среднеквадратического отклонения от пробега L контролируемого параметра y изнашиваемой детали ПС. Результаты расчета коэффициентов парной регрессии зависимостей от пробега M_y(L) и s_y(L). Результаты расчета коэффициентов корреляции R_yL и остаточной дисперсии S²₀ для зависимостей M_y(L) и s_y(L).

Контрольные вопросы по теме:

1. Какой физический смысл коэффициентов А и В в уравнении M_y(L) = А+ВL?

2. Если постоянная B в уравнении функции определения величины износа m = AL + B имеет положительное значение, какое значение будет иметь коэффициент корреляции?

3. Назовите единицы измерения коэффициентов А и В в уравнении M_y(L) = А+ВL.

4. Что значит если коэффициент корреляции имеет «0» значение? Что значит если коэффициент корреляции равен «–1»?

5. Укажите диапазон значений коэффициента корреляции эмпирических значений теоретической функцией.
Тема 9. Определение ресурса изнашиваемых деталей.

Результаты расчета вероятности отказа заданной детали ПС при заданном пробеге. Результаты расчета прогнозирования процесса изнашивания заданной детали ПС. 90%-ый ресурс заданной детали ПС.

Контрольные вопросы по теме:

1. Причина, по которой рассчитывается 90%-ный ресурс детали (узла) электровоза до ремонта?

2. Какова вероятность отказа детали (узла) ПС, при которой наблюдается 50%-ный ресурс до ремонта?

3. Укажите вероятность отказа детали ПС, при которой наблюдается 90%-ный ресурс до ремонта.

4. Что значит Р = 0,1?

5. Назовите этапы определения ресурса до ремонта (смены) узла (детали) ПС в порядке последовательности их выполнения.
Тематика групповых дискуссий
1. Уровень развития современных технических систем, сложность и важность выполняемых ими функций создали для человека как бы вторую сферу обитания – техносферу.

2. Последствия отказов технических систем порой сопоставимы с катастрофами. Низкая надежность используемых технических средств приводит к неоправданно большим потерям времени и затратам.

3. Проблема надежности не нова, хотя наука о надежности технических систем (ТС), технических объектов (ТО) зародилась лишь в середине XX века. Можно не сомневаться в том, что первобытный человек, идя на охоту, скажем, на мамонта с простейшим оружием – каменным топором или пикой, надеялся на то, что это орудие охоты не подведет его в бою, что оно надежно.

4. Важность проблемы надежности возрастала в течение многих столетий по мере создания человеком орудий, все более мощных, эффективных, выполняющих важные и сложные функции машин, сооружений, систем. Вообще говоря, можно утверждать, что история развития человеческого общества – это история изобретения, создания и совершенствования различных орудий труда, технических устройств и соответствующих технологий для удовлетворения постоянно растущих потребностей и запросов людей. В результате трудом многих поколений создана громадная техносфера – рукотворная искусственная «природа», в которой и существует современный человек.

5. Процесс наращивания техносферы не был равномерным во времени. Многие сотни лет этот процесс был исключительно слабым. Темпы его ускорения существенно возросли в связи с начавшимся научно-техническим прогрессом (промышленная революция в начале XIX века) и его современной стадией – научно-технической революцией, начавшейся в середине XX века.

6. Экспоненциальный характер развития техносферы подтверждают следующие факторы:

– увеличилось количество видов (типов) технических систем, технических объектов, инструментов, машин, приборов, сооружений, устройств, систем, предприятий различного функционального назначения, изделий, выпускаемых серийно;

– современные технические системы по своему устройству и взаимодействию элементов стали более сложными;

– усложнились функции, возложенные на технические системы;

– повысился уровень функциональных показателей технических объектов (производительность, мощность, скорость, точность, экологичность, эффективность);

– увеличились интенсивность использования оборудования, систем, напряженность режимов их работы;

– существенно увеличились затраты на создание технических систем и сооружений;

– возникла необходимость преодоления вредного воздействия технических систем и оборудования на окружающую среду.

7. В качестве показателя сложности ТО в данном случае рассматривается количество элементов, входящих в его состав. Так, первые орудия труда человека (заостренная палка, каменное рубило, скребок и т. д.) состояли из одного элемента. За прошедшие века сложность создаваемых человеком орудий труда – машин, приборов, систем – неизмеримо выросла. Например, обычная электронная лампа, применявшаяся в 50-х и 60-х гг. ХХ века, состояла из 60–90 элементов, автомобиль «Москвич» – из 10 тыс., американский межконтинентальный баллистический снаряд «Атлас» – 300 тыс., счетно-аналитическая машина 60-х гг. ХХ века – из 600 тыс. элементов. Чем выше сложность ТО, тем жестче требования к надежности каждого элемента.

8. Современные технические системы (автоматические поточные линии, автоматизированные цеха, авиалайнеры, системы запуска космических объектов, системы противовоздушной обороны, атомные электростанции) имеют в своем составе миллионы элементов.

9. Тепловозы и электровозы состоят из десятков тысяч деталей, каждая из которых выполняет свою функцию, обеспечивая в исправном состоянии работоспособность локомотива в целом и влияя на появление отказа локомотива в случае своей неисправности. Таким образом, локомотив находится в исправном состоянии тогда, когда каждый из десятков тысяч его элементов исправен.

10. С течением времени росли не только количественные показатели «техносферы» (число видов ТО различного назначения и их модификаций, серийность или объем партий одноименных инструментов, машин, аппаратов, систем, сложность или число элементов в них), но и качественные показатели, характеризующие функциональные параметры, влияющие на производительность и эффективность оборудования (мощность, скорость, точность и др.), а также определяющие интенсивность влияния нагрузок и эксплуатируемых машин на их детали (механические и электромагнитные нагрузки, температура и т. п.).

11. Первые паровые машины, как и первые двигатели внутреннего сгорания (ДВС), имели мощность в несколько лошадиных сил. В начале века мы гордились первенцем советской энергетики – Волховской ГЭС, имевшей мощность 66 тыс. кВт. Построенные через 30–50 лет ГЭС (Красноярская, Саяно-Шушенская и др.) оборудованы большим количеством гидротурбин, каждая из которых превосходит по мощности Волховскую ГЭС более чем в десять раз. В нашей стране освоен выпуск гидротурбин для ГЭС, паровых турбин для ТЭС, АЭС мощностью свыше 1 млн кВт. Мощность двигателей современных космических ракет достигает фантастических величин – сотен миллионов киловатт. За семь, восемь десятилетий развития локомотивов и их мощность возросла в 10–15 раз. Например, рост мощности тепловозов с 1924 г. характеризуется так: ТЭ1 – 1000 л.с., ТЭ2 – 2000, 2ТЭ3 – 4000, 2ТЭ10 – 6000, 2ТЭ121 – 8000, 2ТЭ136 – 12000 л.с.

12. Важнейшими требованиями к современному технологическому оборудованию являются точность обработки деталей и чистота поверхности. Когда-то Джеймс Уатт с гордостью сообщал, что в его машине между поршнем и цилиндром «нельзя просунуть даже маленький палец». А российский изобретатель И.И. Ползунов, делая первую паровую машину, проверял зазоры в ней екатерининским пятаком, толщина которого достигала 6 мм. В своем наказе тульским оружейникам в 1706 г. Петр I требовал точности производства до «сотых дольнигов» (дюймов). Современные же станки позволяют обрабатывать детали с точностью до микрометров и даже их долей. Так, например, точность геометрических форм отверстий и валов нередко колеблется в пределах 0,5–2,0 мкм, а неконцентричность, непараллельность и неперпендикулярность поверхностей ряда деталей требуется выдержать в пределах 0,6–3,0 мкм.

13. В распоряжении наших ученых и инженеров имеются приборы, измеряющие вес с точностью до двух миллионных долей грамма, температуру – до одной стотысячной доли градуса, регистрирующие отклонения силы тока в миллиардные доли ампера, происходящие на протяжении миллионных долей секунды, и столь же быстрые колебания напряжения в стотриллионные доли вольта. Какова же должна быть точность деталей этих приборов? И что получится, если хоть одна деталь не будет удовлетворять крайне жестким требованиям точности? Такой прибор не сможет правильно контролировать технологический процесс. А в результате отказ одной ненадежной детали может привести к выпуску крупной партии негодной продукции или к аварии крупной технической системы.

14. Скорость является основным функциональным показателем многих современных машин, предназначенных не только для транспортировки грузов и пассажиров, но и для переработки (обработки) материалов, энергии или информации. И этот показатель ТО в ходе научно-технического прогресса постоянно повышался, особенно в период научно-технической революции XX веке.

15. Так, за период развития авиации скорость самолетов увеличилась более чем в 100 раз: первые летательные аппараты обладали скоростью не более 40 км/час, а скорость космических кораблей и ракет достигла уже 40 тыс. км/час, что в 1000 раз превышает скорость первых самолетов. Увеличивается скорость движения и подвижного состава наземного транспорта: на отечественных железных дорогах скорость движения грузовых поездов – до 100 км/час, пассажирских – до 160 км/час, на скоростных участках - до 200–250 км/час, на зарубежных высокоскоростных железнодорожных линиях – до 450 км/час; для грузовых автомобилей – до 100–120 км/час, легковых – до 200–250 км/час.

16. Высокие скорости широко используются и в производстве. Конструктивное и технологическое совершенствование станков позволяет, например, довести число оборотов шпинделя внутришлифовального станка до 120–150 тыс. об/мин. Роторы газотурбинных двигателей имеют частоту вращения до 40–60 тыс. об/мин.

17. Огромные скорости достигнуты в области переработки информации путем автоматизации этого сложного процесса с помощью компьютеров. Английскому математику Шенксу потребовалось 15 лет, чтобы узнать число «пи» с точностью до 707-го знака. Электронная вычислительная машина (еще образца 60-х гг. ХХ века) менее чем за одни сутки «выдала» это число с 2048 знаками после запятой, попутно исправив ошибки Шенкса. Проведенные в Институте кибернетики Академии наук Украины исследования показали, что при ручном методе проектирования железной дороги длиной в несколько сотен километров, проходящей по горной местности, решение с нужной точностью лишь одной из частей этой задачи – оптимального профилирования – потребует не менее 50 лет. Вычислительная машина решает эту задачу за несколько часов.

18. Комплексная автоматизация производственных процессов позволяет достигнуть таких быстроты, точности, постоянства параметров, экономии, которых человек обеспечить не может. Автоматы могут улавливать то, что недоступно человеку, – невидимый свет, неслышимые звуки и многое другое. И, разумеется, они могут это сделать лишь в том случае, если работают надежно, безотказно.

19. Автоматика является основой дальнейшего научно-технического прогресса. Однако чем сложнее и многограннее становятся ее задачи, тем большие требования предъявляются к ее надежности. Уже сейчас внедрение автоматизации в раде случаев тормозится не отсутствием необходимых приборов и устройств, а их недостаточной надежностью. Еще в начале XX века проблема надежности технических устройств была не такой острой, как сейчас; основной задачей технического прогресса являлось повышение эффективности и производительности машин.

20. В настоящее время, в век небывалой технической революции, перед человечеством открываются возможности почти безграничного развития и совершенствования техники. Поэтому сейчас решающим условием технического прогресса становится проблема обеспечения высокой надежности машин и оборудования, всех технических объектов.

21. Изучение живой природы содействовало успешному решению вопросов надежности при конструировании многих сложных технических устройств. Всем известно, какие исключительно высокие требования предъявляются к надежности космических кораблей и ракет, особенно несущих на себе человека. Благодаря чему же обеспечивалось выполнение этих требований? Кроме совершенствования конструкций и технологии изготовления деталей и узлов использовалось несколько путей.

22. Первый и наиболее простой путь – уже упоминавшееся резервирование элементов, выполняющих определенную функцию, когда в случае отказа одного элемента функция выполняется резервным элементом. Однако хотя резервирование позволяет повысить надежность системы, возможность его применения при создании, например, космической аппаратуры очень ограничена, так как это связано с увеличением ее размеров и массы.

23. Второй путь, заимствованный из арсенала природы, – использование так называемой функциональной избыточности – способности организма при выходе из строя тех или иных его элементов возлагать выполнение их функций на другие элементы.

24. Более сложным путем, также заимствованным у природы, является самоперераспределение функций элементов системы. В этом случае сохранившие работоспособность элементы не только принимают на себя функции элементов, вышедших из строя, но и перестраиваются и даже меняют свою «квалификацию», чтобы обеспечить жизнеспособность организма при меньшем числе элементов.

25. Очевидно, основной путь к достижению высокой надежности состоит в создании таких технических систем, которые не только автоматически предупреждают о возможности выхода из строя той ли иной части системы (встроенные диагностические системы), но, подобно тому, как это делается в живом организме, автоматически вводят в действие резервные элементы и каналы, исключая опасность того, что система прекратит работать. Приведенные примеры показывают, какую огромную пользу в борьбе за повышение надежности новой техники может извлечь человек, изучая уроки живой природы. Это позволит ученым инженерам, техникам и рабочим создавать технические устройства столь высокой надежности, которая требуется от современной и перспективной техники.

26. Затраты на ремонт локомотивов, мотор-вагонных поездов и вагонов составляли около 20 % эксплуатационных расходов железных дорог страны (данные 2011 г.). В области ремонта и технического обслуживания подвижного состава было занято 860 тыс. работников. Ежегодные затраты на ремонт составляли около 4 млрд рублей. Только в депо ремонтом локомотивов и вагонов было занято 527 тыс. чел., затраты превышали 1 млрд рублей.

27. Около 30 % работников железнодорожного транспорта занято на ремонте ПС. Ремонт каждого локомотива за весь срок службы обходится дороже более чем в 10 раз его первоначальной стоимости.

28. Недостаточная надежность технических средств железных дорог приводит к задержкам поездов, снижению пропускной и провозной способности железных дорог. Так, к середине 80-х гг. ХХ века ввиду быстрого роста грузонапряженности железнодорожной сети, а также технического состояния локомотивного и вагонного парков резко повысились как абсолютные, так и относительные задержки поездов. Это привело к ухудшению показателей работы железнодорожного транспорта, осложнило нормальную работу промышленности, сельского хозяйства и народного хозяйства в целом, нанесло ему крупный ущерб. Доля дополнительной «омертвленной» грузовой массы на колесах, образующаяся в результате только задержек поездов, увеличилась с 0,75 млрд рублей в 1968 году до 293 млрд рублей в 2011 году.

29. Аналогичное положение отмечается на железных дорогах зарубежных стран и, в частности, в США, где годовые расходы на ремонт локомотивов в 60-е и 70-е гг. ХХ века составляли до 550 млн долларов, т. е. 24–26 % от общих расходов хозяйства подвижного состава.

30. Каждое техническое устройство обладает в той или иной степени способностью, свойством сокращать в течение эксплуатации свои начальные характеристики и способность выполнять заданные функции, т. е. сохранять исправность, работоспособность, и это свойство определяет надежность ТО. Следовательно, физический смысл надежности изделия заключается в его свойстве сохранять свои эксплуатационные характеристики во времени. Очевидно, чем дольше изделие сохраняет свою исправность, работоспособность, чем реже отказывает, тем оно надежнее. Иными словами, надежность как свойство изделия, машины, станка является одной из составляющих общего качества наряду с функциональными, технологическими, экономическими и эргономическими показателями этих изделий.

31. Таким образом, высокое качество изделия должно включать в себя не только высокие показатели таких его свойств, как производительность, скорость, мощность, точность и др., но и его высокую надежность. Эти составляющие качества органически взаимосвязаны, имеют значение только во взаимодействии друг с другом.

32. Сама по себе отдельно взятая надежность еще не определяет высокого качества станка, машины, локомотива. Они могут быть исключительно надежными, но обладать очень несовершенными техническими характеристиками – малой мощностью, малой производительностью, низкой точностью, скоростью (например, лом, кувалда). Но, с другой стороны, какими бы отличными начальными характеристиками ни обладал технический объект, если он будет ненадежным в работе, его высокие технические данные не могут быть полноценно использованы (например, высокопроизводительный, но ненадежный пневмоинструмент – перфоратор).

33. Надежность – это одна из обязательных составляющих качества любого технического объекта, часть его качества. Однако, являясь лишь одним из элементов качества, надежность существенно отличается от всех других его элементов, от остальных его свойств:

– надежность является наиболее общим комплексным свойством, характеризующим качество любого технического изделия, машины, прибора;

– это единственное общее свойство огромного большинства промышленных изделий;

– реализуется во времени, все остальные свойства имеют мгновенные значения;

– не подлежит инструментальному измерению, а определяется расчетами (вероятностными или статистическими).

34. Комплексность свойства «надежность» состоит в том, что техническое устройство считается тем надежнее, чем реже оно отказывает, чем дольше работает до потери работоспособности, чем проще и дешевле восстанавливается после отказа.

35. Для более полной и детальной оценки вводят в рассмотрение частные свойства, формирующие комплексное свойство «надежность», – безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость. Для их определения следует рассмотреть состояния, в которых могут находиться ТО, и события, под которыми понимают переходы ТО из одного состояния в другое.

36. Исправным состоянием ТО (например, локомотива или его узла, детали) называется такое, при котором оно удовлетворяет всем требованиям нормативно-технической документации.

37. Если ТО не удовлетворяет хотя бы одному из этих требований, то оно находится в неисправном состоянии.

38. Находясь в неисправном состоянии, ТО может быть работоспособным или неработоспособным в зависимости от степени влияния неисправности на выполнение рабочих функций ТО в конкретных условиях эксплуатации.

39. Под отказом ТО (например, локомотива, его узла) понимается событие, заключающееся в потере им работоспособности и нарушении установленного порядка нормальной эксплуатации и ремонта.

40. Дефект ТО – это неисправность, которая не вызывает нарушения установленного порядка нормальной эксплуатации и ремонта. Отказом узла или детали ТО считается событие, приведшее к потере их работоспособности и требующее ремонта или замены узла или детали.

41. Безотказностью ТО (или его узла, детали) называется свойство непрерывно сохранять работоспособность в течение требуемого времени в конкретных условиях эксплуатации.

42. Под долговечностью ТО (узла, детали) понимается свойство длительно, с возможными перерывами на ремонт сохранять работоспособность до отказа или другого предельного состояния.

43. Ремонтопригодность ТО – это его свойство, заключающееся в приспособленности к предупреждению, обнаружению и устранению отказов и дефектов.

44. Под сохраняемостью ТО понимается его свойство непрерывно сохранять рабочие свойства в заданных пределах в течение требуемого времени в конкретных условиях хранения.

45. На основании сказанного выше можно определить надежность ТО как его комплексное свойство, обусловленное безотказностью, долговечностью, ремонтопригодностью и сохраняемостью.

46. Рассмотренная составляющая качества любого технического объекта – его надежность – проявляется во времени работы, эксплуатации в конкретных условиях, поэтому надежность оценивается количественными показателями, определяемыми на основе обработки опытно-статистических данных методами математической статистики и теории вероятностей.

47. Наука о надежности технических устройств является одной из самых молодых и бурно развивающихся прикладных инженерных наук, хотя проблема, являющаяся предметом этой науки, – проблема надежности – одна из самых древних.

48. Несмотря на то, что вопросами обеспечения надежности человек занимается с момента создания первого орудия труда (охоты), в самостоятельную науку теория надежности выделилась совсем недавно – в начале научно-технической революции, т.е. в середине XX века. До этого времени проблема надежности решалась с использованием накопленного практического опыта, эмпирически, без научного анализа, обоснования, расчета. Как известно, до XVII–XVIII веков наука и производство развивались разрозненно, без взаимной связи и влияния, без взаимного использования научных результатов и практического опыта.

49. Прикладные исследования, направленные на изучение существовавшей тогда техники, отсутствовали, как и многочисленные сегодня технические науки. В них тогда просто не было необходимости.

50. До наступления эпохи машинного производства инструмент, простейшие машины были не серийными, как сейчас, а единичными, изготовленными конкретным мастером, имевшим свой опыт, свои «секреты» изготовления качественных изделий.

51. Это не означает, что требования к надежности технических устройств и сооружений отсутствовали. Исторические свидетельства говорят о том, что еще в древности надежности сооружений, оружия уделялось достойное внимание. Почти 4000 лет назад в Вавилоне существовал закон, который гласил, что если построенный архитектором дом развалится и при этом погибнет его владелец, архитектор подлежит смертной казни. Если погибнут и члены семьи владельца дома, то казни подлежат и члены семьи архитектора (отголоском этого закона в наше время является традиция: при испытании построенного моста автор стоит под мостом).

52. Известен указ Петра I, показывающий, какое значение придавал он качеству изготовляемого оружия, его надежности. Этот указ гласил: «П.1. Повелеваю хозяина тульской оружейной фабрики Корнилу Белоглаза бить кнутом и сослать в работу в монастыри, понеже он, подлец, осмелился войску государеву продавать негодные пищали и фузеи. Старшину олдермана Фрола Фукса бить кнутом и сослать в Азов, пусть не ставит клейма на плохие ружья. П.2. Приказываю ружейной канцелярии из Петербурга переехать в Тулу и денно и нощно блюсти исправность ружей. Пусть дьяки и подъячие смотрят, как олдерман клейма ставит, буде сомнение возьмет, самим проверять и смотром и стрельбою. А два ружья каждый месяц стрелять, пока не испортятся».

53. Так более двухсот пятидесяти лет назад царским указом были установлены одни из первых испытаний оружия на надежность.

54. До выделения теории надежности в самостоятельную науку вопросы надежности решались разрозненно, эмпирически, интуитивно. Такое положение объяснялось тем, что некоторое игнорирование надежности изделий не сильно сказывалось на эффективности их применения и наносило не столь значительный ущерб экономике, тем более что существовавшие в то время ТО выполняли не столь ответственные, важные и сложные функции, как в наше время.

55. В последующее время в связи с началом научно-технического прогресса и, в особенности, нынешней научно-технической революции особую важность приобрели многочисленные вопросы технической и экономической эффективности различного рода технических устройств и систем. Резко возросли: количество ТО, их сложность, важность выполняемых ими функций, экономический эффект от использования и размер ущерба от отказов, влияние на безопасность людей и экологическое воздействие на природную среду.

56. В первую очередь это почувствовали в области военной техники, связи, кибернетики, автоматики, энергетики, космической техники. Для победы в сражениях второй мировой войны требовалось громадное количество мощной, качественной, высоконадежной военной техники – самолетов, артиллерии, танков, подводных и надводных кораблей, стрелкового оружия устройств связи и транспортных средств.

57. Ускоренное развитие в послевоенные годы кибернетики, космической техники, механизации и автоматизации всех отраслей производства потребовало решения проблем качества и надежности всех элементов быстрорасширяющейся техносферы. Поэтому теория надежности зародилась после второй мировой войны в применении к указанным областям техники.

58. Произошедшие в последующие десятилетия аварии и катастрофы техногенного характера показали, к какому громадному ущербу приводит низкая надежность сложных технических систем (отказ энергетической системы в США, авария при запуске космического корабля «Шаттл», Чернобыльская катастрофа и др.). Для недопущения подобных трагедий потребовалась разработка научных методов анализа, расчета и обеспечения высокой надежности ТО и их элементов, т.е. теории надежности.

59. Справедливости ради следует отметить, что в нашей стране еще в 30-х гг. ХХ века по инициативе выдающегося советского академика С.А. Чаплыгина была создана комиссия при АН СССР по изучению надежности и долговечности машин (1934 г.) В ней, например, была разработана методика расчета долговечности подшипников, не потерявшая своей ценности и в наше время. Однако деятельность этой комиссии не получила должной оценки и поддержки, и вскоре комиссия была расформирована.

60. Конечно, высокие требования к безотказности и долговечности предъявляются и в других областях техники, в том числе на транспорте, так как последствия отказов транспортной техники (влияние на безопасность движения, экологический ущерб) весьма велики. Академик А.И. Бэр писал, что «было бы неправильно ограничивать значение проблемы надежности лишь одними средствами электронной автоматики и электроники. По мере развития и усложнения всех видов техники проблема надежности приобретает общее значение».

61. Академик Б.В. Гнеденко дает следующее определение теории надежности как прикладной науки: «Общая научная дисциплина, изучающая общие методы и приемы, которых следует придерживаться при проектировании, изготовлении, приемке, транспортировке и эксплуатации изделий для обеспечения максимальной их эффективности в процессе использования, а также разрабатывающая общие методы расчета качества устройств по известным качествам составляющих их частей, получила название теории надежности». Таким образом, теория надежности технических объектов устанавливает закономерности возникновения отказов ТО и методы их прогнозирования; изыскивает способы повышения надежности изделий при конструировании и последующем изготовлении, а также приемы поддержания надежности при эксплуатации и во время хранения; разрабатывает методы проверки надежности изделий и способы контроля надежности при приемке больших партий продукции; вводит в рассмотрение количественные показатели качества техники.

62. Предмет изучения теории надежности не является чем-то принципиально новым. Она рассматривает вопросы, которые были поставлены и в какой-то мере решались давно, но решает их более системно и комплексно, применяя при этом количественные показатели, определяемые с использованием эффективных вероятностно-статистических методов.

63. Учитывая сказанное выше, можно сказать, что теория надежности является методологической основой, определяющей целевую направленность общеинженерных и специальных технических дисциплин при решении задачи обеспечения качества промышленной продукции.

64. Первые работы, посвященные анализу и повышению надежности технических средств железнодорожного транспорта, в частности, подвижного состава, появились в начале 60-х гг. ХХ века, т.е. время их выполнения совпало с переходом железных дорог на новые, более совершенные, эффективные виды тяги – электрическую и тепловозную. Прошедший сорокалетний период работы ученых и производственников по решению проблемы надежности локомотивов, у истоков которой были профессора А.М. Дядьков (УЭМИИТ), И.П. Исаев (МИИТ) и Е.С. Павлович (ОмИИТ) можно разделить на четыре этапа.

65. На первом этапе для принципиально новых, не изученных в эксплуатации локомотивов потребовалось проанализировать повреждаемость, изнашивание узлов и деталей в конкретных условиях работы, для чего необходимо было разработать соответствующие научные методы. К этой работе вскоре подключились локомотивные кафедры и остальных вузов МПС, а также соответствующие лаборатории ВНИИЖТа и ВНИТИ. Этому способствовала активная поддержка нового научного направления локомотивным главком МПС в лице главного инженера ЦТ МПС Б.Д. Никифорова. Среди многих мероприятий этого этапа по решению проблемы надежности можно назвать основные:

– разработка рабочей группой из сотрудников УЭМИИТа, МИИТа, ОмИИТа, ТашИИТа, ВНИИЖТа и ВНИИТИ первого отраслевого стандарта «Надежность тягового подвижного состава. Основные понятия и термины»;

– издание сборников научных трудов по проблеме надежности тягового подвижного состава, методических материалов по определению количественных показателей надежности узлов, деталей и локомотивов в целом;

– разработка учебных программ, курсов лекций и методических пособий для ведения занятий по проблеме надежности локомотивов со студентами и слушателями ФПК инженерно-технических работников железных дорог;

– создание на сети железных дорог системы сбора и анализа статистических данных о надежности локомотивов в виде групп надежности в депо, локомотивных службах дорог и в ЦТ МПС.

66. Таким образом, на первом этапе были разработаны математические, методические и организационные основы анализа надежности локомотивов, определения количественных показателей надежности и влияющих на нее факторов. Результаты этой работы были обсуждены в 1969 г. на первой межвузовской научно-технической конференции по надежности подвижного состава.

67. На втором этапе (с 1970 г.) целью научных исследований явилось обеспечение надежности локомотивов и их узлов путем совершенствования системы их технического обслуживания и ремонта (СТОР) и разработки технологических процессов для восстановления теряемой в эксплуатации работоспособности. Анализ количественных показателей надежности локомотивов, выполненный многими научными коллективами с помощью групп надежности в депо на различных дорогах, показал, что они изменяются в зависимости от климатических условий, интенсивности эксплуатации и режимов работы, качества изготовления и ремонта, квалификации локомотивных бригад и других факторов. Отсюда сделан вывод о том, что система ТОР, предназначенная для восстановления работоспособности локомотивов, должна соответствовать уровню их надежности в конкретных условиях эксплуатации. На основе этого были сформулированы основные направления совершенствования системы ТОР локомотивов путем оптимизации таких ее параметров, как величина межремонтных периодов для основных узлов, агрегатов и деталей, набора видов технических обслуживаний и ремонтов, их чередования в ремонтном цикле. При этом в качестве критериев оптимальности были приняты минимум суммарных затрат на плановые и неплановые ремонты с учетом ущерба от отказов локомотивов на линии и обеспечение заданного уровня безотказности узлов, влияющих на безопасность движения.

68. Основные результаты исследований этого этапа были обсуждены с широким участием работников депо, служб локомотивного хозяйства дорог, локомотивного главка МПС, локомотивостроительных и локомотиворемонтных заводов, ученых вузов МПС, ВНИИЖТа, ВНИИТИ, ЦНИДИ на двух представительных совещаниях, сетевой научно-технической конференции «Динамика и меры повышения эксплуатационной надежности локомотивов в условиях железных дорог Урала и Сибири» (октябрь 1972 г.) и сетевом научно-техническом совещании «Повышение надежности локомотивов и система их ремонта» (февраль 1975 г.).

69. В принятом решении совещания были одобрены основные направления совершенствования системы технического обслуживания и ремонта тягового подвижного состава, в частности, дифференциация межремонтных периодов в соответствии с уровнем надежности локомотивов на различных полигонах эксплуатации и фактическим техническим состоянием каждого локомотива, определяемым путем диагностирования. Рекомендации этого совещания использованы при подготовке приказа МПС № 22/Ц от 31 июля 1975 г. «О дальнейшем совершенствовании системы технического обслуживания и ремонта электровозов, тепловозов и мотор-вагонного подвижного состава».

70. Уже тогда, в 70-х гг. ХХ века сотрудниками кафедры «Электрическая тяга» УЭМИИТа и других вузов МПС была начата разработка методов и технических средств диагностирования узлов ПС как основного направления повышения надежности и совершенствования системы ТОР подвижного состава, сформулированы теоретические и методические основы перехода к более гибкой и дифференцированной системе ТОР от жесткой планово-предупредительной. И это явилось основным содержанием научных работ, выполненных на третьем этапе сотрудниками локомотивных кафедр совместно с работниками железных дорог. Обсуждению этой проблемы была посвящена всесоюзная научно-техническая конференция «Методы и средства диагностирования технических средств железнодорожного транспорта», проведенная в 1989 г. в УЭМИИТе.

71. На нынешнем, четвертом этапе решения проблемы надежности ПС нужно создавать автоматизированные комплексы и автоматизированные рабочие места, необходимые для реализации системы технического обслуживания и ремонта каждой единицы ПС с учетом его фактического состояния.

72. Проблема обеспечения надежной работы подвижного состава остается по-прежнему одной из главных, надежностью необходимо управлять, а для этого нужно постоянно контролировать и изучать состояние подвижного состава в эксплуатации. Для этого кроме дорожных лабораторий диагностики в каждом депо нужно иметь группу специалистов по анализу надежности и осуществлению диагностирования, как это было сделано в 70-х гг. ХХ века.

73. В современных условиях в мировом промышленном производстве преобладает приоритет качества над количеством. Такая постановка вопросаспособствует повышению конкурентоспособности товаров, а значит, в конечном счете, служит глобальным интересам любого государства.

74. Особенно важна указанная постановка вопроса для транспортных систем – здесь наряду с комфортом и экономичностью важное значение имеют вопросы обеспечения безопасности. Поэтому для этих систем важнейшей составляющей качества является надежность.

75. Надежность – это один из основных показателей качества изделий, проявляющийся во времени и отражающий изменения, происходящие в машине на протяжении всего времени ее эксплуатации. Она является зеркалом достижений в области проектирования, технологии и эксплуатации машин. Поэтому одной из основных проблем при создании подвижного состава является проблема надежности.

76. Решение проблемы надежности подвижного состава – это огромный резерв повышения провозной способности железных дорог.

77. Особенностью проблемы надежности является ее связь со всеми этапами жизни подвижного состава – этапами проектирования, изготовления и эксплуатации.

78. На каждом этапе вносится свой вклад в решение задачи по созданию подвижного состава требуемого уровня надежности с наименьшими затратами времени и средств.
Темы докладов и презентаций по дисциплине
1. Проблема надежности подвижного состава.

2. Основные понятия теории надежности.

3. Возрастание значения надежности в ходе научно-технического прогресса.

4. Надежность и экономика.

5. Технико-экономические последствия низкой надежности техники.

6. Надежность как составляющая качества технических объектов.

7. Краткие сведения из истории развития науки о надежности.

8. Условия решения проблемы надежности на ж.д. транспорте.

9. Способы представления и систематизация информации об износе деталей ПС.

10. Расчет числовых характеристик закона распределения контролируемого параметра.

11. Определение зависимости числовых характеристик от пробега.

12. Определение ресурса изнашиваемых деталей.

13. Надежность тяговой электрической аппаратуры.

14. Надежность тяговых электрических машин.

15. Надежность механического оборудования.

16. Надежность проводной сети ПС.

17. Надежность полупроводниковых устройств.

18. Повышение надежности осей колесных пар.

19. Повышение надежности роликовых подшипников.

20. Повышение надежности покрасочных работ.

21. Потоки отказов.

22. Применение законов распределения случайных величин в надежностных расчетах.