Расчет системы ремонта электровозов
2.1 Расчет оптимальной структуры плановых ремонтов локомотивов
Надежная работа локомотива в эксплуатации обеспечивается, в первую очередь, за счет научно обоснованной и экономически оправданной системы их технического обслуживания и ремонта. Эта система, предназначенная для предупреждения постепенных отказов электроподвижного состава, строится на планово-предупредительном принципе. При построении системы планово-предупредительных ремонтов ЭПС стремятся как можно полнее исчерпать ресурс деталей и узлов, заложенный при их изготовлении.
Так как система планово-предупредительных ремонтов имеет целью предупреждение постепенных отказов ЭПС, то пробеги между ремонтами различного вида целесообразно устанавливать в зависимости от интенсивности износа наиболее ответственных узлов и деталей.
Исходной информацией для построения оптимальной по экономическим критериям системы планово-предупредительных ремонтов локомотивов являются значения гамма-процентных ресурсов изнашиваемых деталей ЭПС и стоимости их восстановления (таблица 2.1), расположенные в порядке возрастания ресурса.
Таблица 2.1 - Показатели надежности деталей ЭПС
| № | стар. № | Вид ремонта | Ресурс, тыс. км | Стоимость восст., ед. |
| Обточка бандажей колесных пар | ||||
| Смена шестерен тяговых редукторов | ||||
| Смена вкладышей моторно-осевых подшипников | ||||
| Пропитка изоляции тяговых двигателей | ||||
| Смена бандажей колесных пар | ||||
| Обточка коллекторов тяговых двигателей | ||||
| Замена изоляции тяговых двигателей |
На межремонтные пробеги накладываются следующие ограничения:
1. По надежности:
Для того чтобы обеспечивался принятый уровень надежности, необходимо ремонтировать детали при пробегах L не превышающих гамма-процентные ресурсы детали.
Li ≤ li (2.1)
2. По кратности межремонтных пробегов:
Система ремонта локомотивов строится на основе принципа кратности пробегов между ремонтами с различными объемами. При этом в перечень работ каждого следующего более крупного по объему ремонта включаются все работы предыдущего, меньшего по объему ремонта.
Соблюдение принципа кратности требует, чтобы для любых 2-х, следующих друг за другом, деталей отношение их межремонтных пробегов было целым числом, называемым коэффициентом кратности:
(2.2)
3. С учетом коэффициентов кратности межремонтные пробеги всех деталей могут быть выражены через межремонтный пробег 1-й детали, называемый базовым пробегом.
В качестве целевой функции при определении оптимальных межремонтных пробегов локомотива естественно принять суммарные удельные затраты на восстановление всех изнашиваемых деталей:
(2.3)
Таким образом, задача об определении оптимальных межремонтных пробегов локомотива сводится к нахождению таких значений L1, L2,…, Ln, при которых функция суммарных удельных затрат q на ремонт принимает минимальное значение.
Рассчитаем оптимальную структуру ремонтного цикла шести изнашиваемых деталей.
Начальный межремонтный пробег определяется по формуле:
(2.4)
тыс. км
Расчет оптимальной структуры межремонтного цикла проведем при L1 = 120 тыс.км ( распечатку лабораторного расчета на компьютере см. прил.3).
Рассмотрим возможные стратегии ремонта 7-й детали и соответствующие им удельные затраты на ремонт.
| Пробег тыс.км | Удельные затраты у.е./тыс.км | |||
| L7 = | q7 = | 860/125 = 6,88 | ||
| 860/250 = 3,44 | ||||
| 860/375 = 2,29 | ||||
| 860/500 = 1,72 | ||||
| 860/625 = 1,38 | ||||
| 860/750 = 1,15 | ||||
| 860/875 = 0,98 | ||||
| 860/1000 = 0,86 | ||||
| 860/1125 = 0,76 | ||||
| 860/1250 = 0,69 | ||||
| 860/1375 = 0,62 | ||||
| 860/1500 = 0,57 | ||||
| 860/1625 = 0,53 | ||||
| 860/1750 = 0,49 | ||||
| 860/1875 = 0,46 | ||||
| 860/2000 = 0,43 860/2125 = 0,4 860/2250 = 0,38 | min |
Рассмотрим возможные стратегии ремонта 6-й (и 7-й) детали:
При L6 = 125 тыс.км:
| L7 = | q6 = | 12,5/125 + 6,88 =6,98 | ||
| 12,5/125 + 3,44 = 3,54 | ||||
| 12,5/125 + 2,29 = 2,39 | ||||
| 12,5/125 + 1,72 = 1,82 | ||||
| 12,5/125 + 1, 38 = 1,48 | ||||
| 12,5/125 + 1,15 = 1,25 | ||||
| 12,5125 + 0,98 = 1,08 | ||||
| 12,5/125 + 0,86 = 0,96 | ||||
| 12,5/125 + 0,76 = 0,86 | ||||
| 12,5/125 + 0,69 = 0,79 | ||||
| 12,5/125 + 0,62 = 0,72 | ||||
| 12,5/125 + 0,57 = 0,67 | ||||
| 12,5/125 + 0,53 = 0,63 | ||||
| 12,5/125 + 0,49 = 0,59 | ||||
| 12,5/125 + 0,46 = 0,56 | ||||
| 12,5/125 + 0,43 = 0,53 12,5/125 + 0,4 = 0,5 12,5/125 + 0,38 = 0,48 | min |
При L6 = 250 тыс.км:
| L7 = | q6 = | 12,5/250 + 3,44 = 3,49 | ||
| 12,5/250 + 1,72 = 1,77 | ||||
| 12,5/250 + 1,15 = 1,2 | ||||
| 12,5/250 + 0,86 = 0,91 | ||||
| 12,5/250 + 0,69 = 0,74 | ||||
| 12,5/250 + 0,57 = 0,62 | ||||
| 12,5/250 + 0,49 = 0,54 | ||||
| 12,5/250 + 0,43 = 0,48 12,5/250 + 0,38 = 0,43 | min |
При L6 = 375 тыс.км:
| L7 = | q6 = | 12,5/375 + 2,29 = 2,32 | ||
| 12,5/375 + 1,15 = 1,18 | ||||
| 12,5/375 + 0,76 = 0,79 | ||||
| 12,5/375 + 0,57 = 0,6 | ||||
| 12,5/375 + 0,46 = 0,49 12,5/375 + 0,38 = 0,41 | min |
При L6 = 500 тыс.км:
| L7 = | q6 = | 12,5/500 + 1,72 = 1,745 | ||
| 12,5/500 + 0,86 = 0,885 | ||||
| 12,5/500 + 0,57 = 0,595 | ||||
| 12,5/500 + 0,43 = 0,455 | min |
При L6 = 625 тыс.км:
| L7 = | q6 = | 12,5/625 + 1,38 = 1,4 | ||
| 12,5/625 + 0,69 = 0,71 | ||||
| 12,5/625 + 0,46 = 0,48 | min |
При L6 = 750 тыс.км:
| L7 = | q6 = | 12,5/750 + 1,15 = 1,17 | ||
| 12,5/750 + 0,57 = 0,59 12,5/750 + 0,38 = 0,4 | min |
При L6 = 875 тыс.км:
| L7 = | 875 тыс.км | q6 = | 12,5/875 + 0,98 = 0,99 | |
| 1750 тыс.км | 12,5/875 + 0,49 = 0,5 | min |
При L6 = 1000 тыс.км:
| L7 = | q6 = | 12,5/1000 + 0,86 = 0,87 | ||
| 12,5/1000 + 0,43 = 0,44 | min |
При L6 = 1125 тыс.км:
| L7 = | q6 = | 12,5/1125 + 0,76 = 0,77 12,5/1125 + 0,38 = 0,39 | min |
При L6 = 1250 тыс.км:
| L7 = | 1250 тыс.км | q6 = | 12,5/1250 + 0,69 = 0,7 | min |
При L6 = 1375 тыс.км:
| L7 = | q6 = | 12,5/1375 + 0,62 = 0,63 | min |
При L6 = 1500 тыс.км:
| L7 = | q6 = | 12,5/1500 + 0,57 = 0,58 | min |
При L6 = 1625 тыс.км:
| L7 = | q6 = | 12,5/1625 + 0,53 = 0,54 | min |
При L6 = 1750 тыс.км:
| L7 = | q6 = | 12,5/1750 + 0,49 = 0,497 | min |
Рассмотрим возможные стратегии ремонта 5-й (6, 7-й) детали:
При L5 = 125 тыс.км:
| L6 = | q5 = | 750/125 + 0,48 = 6,48 | ||
| 750/125 + 0,43 = 6,43 | ||||
| 750/125 + 0,41 = 6,41 | ||||
| 750/125 + 0,46 = 6,46 | ||||
| 750/125 + 0,48 = 6,48 | ||||
| 750/125 + 0,4 = 6,4 | ||||
| 750/125 + 0,5 = 6,5 | ||||
| 750/125 + 0,44 = 6,44 | ||||
| 750/125 + 0,39 = 6,39 | min | |||
| 750/125 + 0,7 = 6,7 | ||||
| 750/125 + 0,63 = 6,63 | ||||
| 750/125 + 0,58 = 6,58 | ||||
| 750/125 + 0,54 = 6,54 | ||||
| 750/125 + 0,497 = 6,497 | ||||
При L5 = 250 тыс.км:
| L6 = | q5 = | 750/250 + 0,43 = 3,43 | ||
| 750/250 + 0,46 = 3,46 | ||||
| 750/250 + 0,4 = 3,4 | min | |||
| 750/250 + 0,44 = 3,44 | ||||
| 750/250 + 0,7 = 3,7 | ||||
| 750/250 + 0,58 = 3,58 | ||||
| 750/250 + 0,497 = 3,497 |
При L5 = 375 тыс.км:
| L6 = | q5 = | 750/375 + 0,41 = 2,41 | ||
| 750/375 + 0,4 = 2,4 | ||||
| 750/375 + 0,39 = 2,39 | min | |||
| 750/375 + 0,58 = 2,58 |
При L5 = 500 тыс.км:
| L6 = | q5 = | 750/500 + 0,46 = 1,96 | ||
| 750/500 + 0,44 = 1,94 | min | |||
| 750/500 + 0,58 = 2,08 |
При L5 = 625 тыс.км:
| L6 = | q5 = | 750/625 + 0,48 = 1,68 | min | |
| 750/625 + 0,7 = 1,9 |
При L5 = 750 тыс.км:
| L6 = | q5 = | 750/750 + 0,4 = 1,4 | min | |
| 750/750 + 0,58 = 1,58 |
При L5 = 875 тыс.км:
| L6 = | q5 = | 750/875 + 0,5 = 1,36 | ||
| 750/875 + 0,497 = 1,357 | min |
При L5 = 1000 тыс.км:
L 6= 1000 q = 750/1000 + 0.44 = 1.19 min
Рассмотрим возможные стратегии ремонта 4-й (5, 6, 7-й) детали:
При L4 = 125 тыс.км:
| L5 = | q4 = | 250/125 + 6,39 = 8,39 | ||
| 250/125 + 5,4 = 5,4 | ||||
| 250/125 + 4,39 = 4,39 | ||||
| 250/125 + 3,94 = 3,94 | ||||
| 250/125 + 3,68 = 3,68 | ||||
| 250/125 + 3,4 = 3,4 | ||||
| 250/125 + 1,357 = 3,357 250/125 + 1,19 = 3,19 | min |
При L4 = 250 тыс.км:
| L5 = | q4 = | 250/250 + 3,4 = 4,4 | ||
| 250/250 + 1,94 = 2,94 | ||||
| 250/250 + 1,4 = 2,4 250/250 + 1,19 = 2,19 | min |
При L4 = 375 тыс.км:
| L5 = | q4 = | 250/375 + 2,39 = 3,06 | ||
| 250/375 + 1,4 = 2,07 | min |
При L4 = 500 тыс.км:
| L5 = | q4 = | 250/500 + 1,94 = 2,44 250/500 + 1,19 = 1,69 | min |
Рассмотрим возможные стратегии ремонта 3-й ( 4, 5, 6, 7-й) детали:
При L3 = 125 тыс.км:
| L4 = | q3 = | 220/125 + 3,19= 4,95 | ||
| 220/125 + 2,19= 3,95 | ||||
| 220/125 + 2,07= 3,83 | ||||
| 220/125 + 1,69= 3,45 | min |
При L3 = 250 тыс.км:
| L4 = | q3 = | 220/250 + 2,19= 3,07 | ||
| 220/250 + 1,69= 2,57 | min |
При L3 = 375 тыс.км:
| L4 = При L4 = | L3= 500 тыс. | q3 = q3 = | 220/375 + 2,07= 2,66 220/500 + 1.69 = 2,13 | min min |
Рассмотрим возможные стратегии ремонта 2-й (3, 4, 5, 6, 7-й) детали:
При L2 = 125 тыс.км:
| L3 = | q2 = | 375/125 + 3,45= 6,45 | ||
| 375/125 + 2,57= 5,57 | ||||
| 375/125 + 2,66= 5,66 375/125 + 2,13 = 5,13 | min |
При L2 = 250 тыс.км:
| L3 = | q2 = | 375/250 + 2,57 = 4,07 375/250 + 2,13= 3,63 | min |
При L2 = 375 тыс.км:
| L3 = | q2 = | 375/375 + 2,66= 3,66 | min |
Рассмотрим возможные стратегии ремонта 1-й (2, 3, 4, 5, 6, 7-й) детали:
При L1 = 125 тыс.км:
| L2 = | q1 = | 18/125 + 5,13 = 5,27 18/125 + 3,63 = 3,77 18/125 + 3,66 = 3,8 | min | |
На основании проведенных расчетов построим диаграмму возможных стратегий ремонта данных элементов (рисунок 2.1).
Как видно из диаграммы, оптимальной структурой ремонтного цикла при базовом пробеге 125 тыс.км будет: L1 = 125 тыс. км, L2 = 250 тыс. км, L3 = L4 = 500 тыс. км, L5 = L6 = 1000 тыс. км, L7 = 2000 тыс. км (рисунок 2.2).
Рисунок 2.2
Сохраняя неизменной структуру ремонтного цикла и увеличивая межремонтный пробег 1-й детали, получаем межремонтные пробеги всех деталей, показанные в таблице 2.2.
Таблица 2.2 - Межремонтные пробеги деталей при изменении пробега 1-й детали
| L1, тыс. км | L2, тыс. км | L3, тыс. км | L4, тыс. км | L5, тыс. км | L6, тыс. км | L7, тыс. км |
| а2 = 2 | а3 = 2 | а4 = 1 | а5 = 2 | а6 = 1 | а6 = 2 | |
Из таблицы 2.2 видно, что при L1 = 129 тыс.км, если не менять структуру ремонтного цикла, межремонтный пробег 5-ой детали превысит ее ресурс, равный l5 = 1030 тыс.км.
Следовательно, структура ремонтного цикла будет оптимальной при базовом пробеге 128 тыс.км. Рассмотрим эту структуру более подробно с привязкой межремонтных пробегов к конкретным видам ремонта на рисунке 2.3.
Рисунок 2.3
Удельные затраты при такой структуре ремонтного цикла будут наименьшими и составят:
(2.5)
, у.е./тыс.км.
Оптимальный ремонтный цикл включает в себя ремонты 6 видов:
- Межремонтный пробег 26 тыс. км. Это соответствует ремонту объема ТР-1.
- Межремонтный пробег 128 тыс. км. Восстановление детали №1 (обточка бандажей колесных пар). Это соответствует ремонту объема ТО-4.
- Межремонтный пробег 256 тыс. км. Восстанавливаются детали №1,2 (обточка бандажей колесных пар; смена шестерен тяговых редукторов). Это соответствует ремонту объема ТР-2.
- Межремонтный пробег 512 тыс.км. Восстанавливаются детали №1,2,3,4 (обточка бандажей колесных пар; смена шестерен тяговых редукторов; пропитка изоляции ТЭД; смена вкладышей моторно–осевых подшипников). Это соответствует ремонту объема ТР-3.
- Межремонтный пробег 1024 тыс.км. Восстанавливаются детали №1,2,3,4,5,6 (обточка бандажей колесных пар; смена шестерен тяговых редукторов; пропитка изоляции ТЭД; смена вкладышей моторно–осевых подшипников; смена бандажей колесных пар; обточка коллекторов ТЭД). Это соответствует ремонту объема СР.
- Межремонтный пробег 2048 тыс.км. Восстанавливаются все 7 деталей (обточка бандажей колесных пар; смена шестерен тяговых редукторов; пропитка изоляции ТЭД; смена вкладышей моторно–осевых подшипников; замена изоляции ТЭД). Это соответствует ремонту объема КР.