Гистограмма отказов силовых цепей
В схеме ВЛ80с предусмотрены режимы работы при частично неисправных устройствах и аппаратах силовых цепей; есть возможность их резервирования и оперативной замены. Не существует сколько-нибудь надежной корреляции отказов по данному типу электровозов с их эксплуатационными особенностями на той или иной железной дороге; очевиден лишь факт увеличения отказов с износом при эксплуатации. Нерезервируемым звеном электрифицированных линий является КС (контактная сеть), отказы которой приводят к задержкам поездов и экономическому ущербу. Полный ущерб от отказов устройств КС зависит от степени использования пропускной способности участка железной дороги и времени восстановления работоспособного состояния устройства, вызвавшего нарушение графика движения.
Рассмотрим статистику отказов на примере КС [20, 25].
За последние 5—10 лет, несмотря на сокращение размеров движения, наметился рост интенсивности отказов, имеющий четкую корреляционную связь со сроком службы КС. Наступил период катастрофического старения КС на основных магистралях железных дорог. Длина электрифицированных линий, которые находятся в эксплуатации больше 40 лет за последние 10 лет увеличилась по дорогам в среднем в 20 раз, в том числе и на участках переменного тока.
Все существующие подходы к КС — система технического обслуживания и ремонта (СТОиР), численность персонала и т.д. сложились в 70—80 годы двадцатого века, когда КС находилась на втором этапе жизненного цикла. Поэтому вся существующая на сегодня система технического осмотра (ТО) может справляться лишь с тем, для чего предназначена: мелкие регулировки, смазка, правка, замена отказавших элементов. Исключение составляет только смена КП по износу.
Мирового опыта эксплуатации КС с такими темпами старения нет. Невиданные в мире темпы электрификации в нашей стране основных магистралей пришлись на 50-е годы и период нормальной работы КС прошел.
Надежность устройств КС, как и любого технического устройства, формируется на трех этапах: проектирование; изготовление и монтаж; эксплуатация.
На этапе эксплуатации повышение надежности технических устройств КС может быть достигнуто повышением технического уровня ремонтной базы, внедрением диагностики, средств сбора и обработки информации, применением более эффективных методов технического обслуживания, улучшением профессиональной подготовки кадров, занятых эксплуатацией и ремонтом и т. д.
Одним из показателей надежности является интенсивность отказов. Классическая кривая изменения интенсивности отказов в функции наработки (рис. 1.2) имеет три участка, соответствующих периодам приработки, нормальной работы и деградации.
Рисунок 1.2 – Классическая кривая интенсивности отказов
В период приработки отказ может произойти из-за нагрузок, превышающих расчетные (нормативные) значения, или из-за снижения прочности. Темпы электрификации новых линий (за последние 15 лет — 1 488 км) не превышали в среднем 100 км в год. Наиболее интенсивный период электрификации был в 1997—1999 гг. (в среднем 168,6 км). Таким образом, вероятность увеличения отказов КС по причине ввода новых линий чрезвычайно мала. Таких темпов было достаточно для электрификации стратегических направлений с целью ускоренного перевода грузооборота на электрическую тягу (грузооборот на электрической тяге вырос по сравнению с 1991 г. в 1,5 раза) и снижения себестоимости перевозок.
Надежность объекта на втором участке, соответствующем нормальной работе, когда выявлены и устранены все дефекты, определяется внезапными отказами, вызванными превышениями нагрузок над прочностью. Например, устройства контактных сетей электрических железных дорог должны выдерживать климатические воздействия с повторяемостью один раз в десять лет. Таким образом, уже на стадии проектирования заложена возможность возникновения отказов. Другой причиной внезапных отказов являются аварийные нагрузки. По общесетевым данным 10—12 % повреждений КС происходят из-за экстремальных метеоусловий. Одним из сильных влияющих метеорологических факторов является низкая температура и гололед. Необходимы методы расчетов, которые бы позволяли прогнозировать поведение КС в тяжелых метеоусловиях с учетом ее текущего состояния и степени износа и разрегулировки узлов и деталей.